La lampreda di mare, un animale di 500 milioni di anni con una ventosa dai denti aguzzi al posto della bocca, è oggetto di incubi. Un nuovo studio dello Stowers Institute for Medical Research ha scoperto che il rombencefalo – la parte del cervello che controlla le funzioni vitali come la pressione sanguigna e la frequenza cardiaca – sia delle lamprede di mare che degli esseri umani è costruito utilizzando un kit di strumenti molecolari e genetici straordinariamente simili.
Ricerca del laboratorio del ricercatore Robb Krumlauf, Ph.D., pubblicata il 20 febbraio 2024 in Comunicazioni sulla natura offre uno sguardo su come si è evoluto il cervello degli animali antichi. Il team ha scoperto inaspettatamente che un segnale molecolare cruciale è ampiamente necessario durante lo sviluppo del romboencefalo dei vertebrati.
“Questo studio sul rombencefalo è essenzialmente una finestra sul lontano passato e funge da modello per comprendere l’evoluzione della complessità”, ha affermato il coautore Hugo Parker, Ph.D.
Come altri animali vertebrati, le lamprede di mare hanno una spina dorsale e uno scheletro, ma mancano notevolmente una caratteristica della loro testa: la mascella. Poiché la maggior parte dei vertebrati, compresi gli esseri umani, sono dotati di mascelle, questa sorprendente differenza nelle lamprede di mare le rende modelli preziosi per comprendere l’evoluzione dei tratti dei vertebrati.
“C’era una divisione all’origine dei vertebrati tra senza mascella e con mascella circa 500 milioni di anni fa”, ha detto Alice Bedois, Ph.D., ex ricercatrice pre-dottorato presso il Krumlauf Lab e autrice principale dello studio. “Volevamo capire come si è evoluto il cervello dei vertebrati e se c’era qualcosa di unico nei vertebrati con mascelle che mancava ai loro parenti senza mascelle”.
Precedenti lavori del Krumlauf Lab e del laboratorio di Marianne Bronner, Ph.D., presso il California Institute of Technology avevano identificato che i geni che strutturano e suddividono il rombencefalo della lampreda di mare sono identici a quelli dei vertebrati con la mascella, compresi gli esseri umani.
Tuttavia, questi geni fanno parte di una rete o di un circuito interconnesso che deve essere avviato e diretto per costruire correttamente il rombencefalo. Il nuovo studio ha identificato un segnale molecolare comune, noto per dirigere il modello dalla testa alla coda in un’ampia varietà di animali, come parte del circuito genetico che guida il modello del rombencefalo nelle lamprede di mare.
“Abbiamo scoperto che non solo sono coinvolti gli stessi geni, ma anche gli stessi segnali sono coinvolti nello sviluppo del rombencefalo della lampreda di mare, suggerendo che questo processo è ancestrale per tutti i vertebrati”, ha detto Bedois.
Questo segnale è chiamato acido retinoico, comunemente noto come vitamina A. Sebbene i ricercatori sapessero che l’acido retinoico stimola i circuiti genetici per costruire il rombencefalo in specie complesse, non si pensava che fosse coinvolto per animali più primitivi come le lamprede di mare. Sorprendentemente, hanno scoperto che anche il circuito del cervello posteriore della lampreda di mare viene avviato dall’acido retinoico, fornendo la prova che questi mostri marini e gli esseri umani sono molto più strettamente correlati del previsto.
“La gente pensava che, poiché le lamprede di mare non hanno la mascella, il loro rombencefalo non fosse formato come gli altri vertebrati”, ha detto Krumlauf. “Abbiamo dimostrato che questa parte fondamentale del cervello è costruita esattamente allo stesso modo dei topi e persino degli esseri umani.”
Esistono molecole di segnalazione ben note che informano il destino delle cellule durante lo sviluppo. Ora, i ricercatori hanno scoperto che l’acido retinoico è un altro attore importante che guida passi vitali nello sviluppo come la formazione del tronco encefalico. Inoltre, se la formazione del romboencefalo è una caratteristica conservata in tutti i vertebrati, altri meccanismi devono essere responsabili della spiegazione della loro incredibile diversità.
“Deriviamo tutti da un antenato comune”, ha detto Bedois. “Le lamprede di mare hanno fornito un ulteriore indizio. Ora dobbiamo guardare ancora più indietro nel tempo dell’evoluzione per scoprire quando si è evoluto per la prima volta il circuito genetico che governa la formazione del romboencefalo.”
Questo lavoro è stato finanziato dal National Institute of Neurological Disorders and Stroke (premio: R35NS111564) del National Institutes of Health (NIH) e dal supporto istituzionale dello Stowers Institute for Medical Research. Il contenuto è di esclusiva responsabilità degli autori e non rappresenta necessariamente il punto di vista ufficiale del NIH.
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