Un nuovo lavoro di scienziati negli Stati Uniti e in Cina mostra come una cellula uovo fecondata, o zigote, si “ripristina” in modo che l’embrione appena formato possa svilupparsi secondo il proprio programma genetico. Lo studio è stato pubblicato il 17 luglio in Natura.
È noto da tempo che il genoma di una cellula uovo appena fecondata è inattivo e deve essere risvegliato, ha affermato Richard Schultz, professore di ricerca presso l’Università della California, Davis, School of Veterinary Medicine e autore corrispondente dell’articolo. Questo passaggio è chiamato attivazione del genoma zigote.
“Affinché l’embrione si sviluppi, l’ovocita/uovo deve perdere la sua identità e lo fa creando nuove cose”, ha detto Schultz. “Ora conosciamo i primi passi su come avviene questa transizione”.
Affinché avvenga il processo di ripristino o risveglio, l’embrione deve iniziare a trascrivere i geni dal suo DNA in RNA messaggero che a sua volta viene tradotto in proteine. I primi geni trascritti attiveranno altri geni, attuando il programma che permetterà all’embrione di svilupparsi in un topo completo (o umano). L’identità di quei primi geni master-regolatori è stata finora sconosciuta.
“Questo è qualcosa che mi ha lasciato perplesso per molto tempo”, ha detto Schultz.
L’RNA polimerasi II (Pol II) è l’enzima che trascrive il DNA in RNA. Ma Pol II di per sé è un enzima stupido, ha detto Schultz. Altri geni, chiamati fattori di trascrizione, sono necessari per istruire Pol II in modo che trascriva i geni “corretti” al momento giusto.
All’inizio degli anni 2000, Schultz ebbe l’intuizione che quei primi fattori di trascrizione si sarebbero trovati tra gli RNA messaggeri materni dormienti nella cellula uovo. Gli RNA messaggeri materni dormienti sono unici per gli ovociti perché l’RNA messaggero appena sintetizzato non viene tradotto come nelle cellule somatiche. Man mano che l’ovocita matura per diventare un uovo, questi RNA messaggeri materni dormienti vengono tradotti in proteine che poi svolgono la loro funzione. Schultz si rese conto che le informazioni per avviare l’attivazione del genoma zigote sarebbero state in un RNA messaggero dormiente della madre che avrebbe codificato un fattore di trascrizione principale.
OBOX1-8 identificati come candidati
Lavorando all’Università della Pennsylvania con Paula Stein (un membro anziano del suo laboratorio e ora al National Institute of Environmental Health Sciences), il laboratorio di Schultz ha identificato una grande famiglia di geni chiamata OBOX come probabili candidati. La famiglia è composta da 8 geni, OBOX1-8. Sulla base dei loro profili di espressione durante lo sviluppo iniziale, OBOX1, 2, 3, 4, 5 e 7 erano probabili candidati. Hanno iniziato a lavorare con Wei Xie alla Tsinghua University di Pechino per restringere il campo dei candidati.
Lavorando con topi di laboratorio, il team di Xie è stato in grado di eliminare tutti i probabili candidati e quindi ripristinare sistematicamente i geni OBOX per stabilire quali fossero cruciali per l’attivazione del genoma zigote. Senza questi geni, lo sviluppo dell’embrione si ferma allo stadio da due a quattro cellule.
La cosa più interessante e imprevista era che la funzione di questi geni OBOX era altamente ridondante: un knockout di uno poteva essere sostituito da un altro. Quella ridondanza si è probabilmente evoluta perché la transizione è così importante, ha detto Schultz. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che i geni OBOX funzionano facilitando la localizzazione di Pol II nei geni corretti per iniziare l’attivazione del genoma zigote.
Nei topi, l’attivazione del genoma avviene allo stadio a due cellule. Negli embrioni umani, si verifica più tardi, quando l’embrione ha attraversato un paio di cicli di divisione per formare otto cellule. Una questione aperta è quanto questo processo sia conservato tra le specie, cioè, i geni simili a OBOX sono coinvolti nell’attivazione del genoma negli esseri umani. Il lavoro ha anche implicazioni per capire come le cellule staminali embrionali vengono riprogrammate in modo che possano svilupparsi in qualsiasi tessuto del corpo.
Ulteriori coautori sul giornale sono: Shuyan Ji, Fengling Chen, Jiacheng Wang, Ziming Zhou, Lijuan Wang, Qing Zhao, Zili Lin, Bofeng Liu, Kai Xu, Fangnong Lai, Zhuqing Xiong, Xiaoyu Hu, Tianxiang Kong, Feng Kong, Qiujunh, Qiujunh, Qiujunh, Qiujunh, Qiujung, Qiang, Qiiang, Qiiang, Qiiang, Qiiang, Qiiang, Qiiang, Qiujun Wang, Qiianhu 1 ING Liu, Tsinghua-Peking Center for Life Sciences e Tsinghua University, Pechino; Carmen Williams, Istituto Nazionale di Scienze della Salute Ambientale, Istituti Nazionali di Sanità, Research Triangle Park, Carolina del Nord; Bo Huang, Scuola di Medicina dell’Università di Zhejiang, Hangzhou.
Il lavoro è stato sostenuto in parte da sovvenzioni della National Natural Science Foundation of China, del National Key R&D Program of China e del NIH.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
