chiavi per l’evoluzione delle cellule staminali e delle mascelle dei vertebrati

Le lamprede di mare svolgono un ruolo cruciale nella comprensione delle origini delle cellule staminali che hanno segnato l’evoluzione dei vertebrati. Un recente studio condotto da biologi della Northwestern University ha scoperto come queste cellule staminali si sono evolute nel corso di milioni di anni, fornendo informazioni non solo sulla mancanza di mascelle in questi animali, ma anche sulle nostre stesse origini.

Ritorno alle origini

I vertebrati moderni, compreso l’uomo, discendono da antichi pesci che vivevano più di 400 milioni di anni durante il periodo devoniano (da 419 a 359 milioni di anni fa). A quel tempo, i mari erano dominati da pesci senza mascelle. Oggi la situazione è invertita. Al giorno d’oggi, il lamproie e le missine sono gli ultimi rappresentanti viventi di questi primitivi vertebrati senza mascelle. Il loro studio è quindi cruciale per comprendere l’evoluzione delle caratteristiche dei vertebrati.

« Le lamprede potrebbero essere la chiave per svelare i segreti delle nostre origini « , spiega Carole LaBonne, professoressa di bioscienze molecolari alla Northwestern University, che ha condotto lo studio. “ Per comprendere l’origine di una caratteristica nella biologia evoluzionistica, è essenziale risalire alle forme più primitive dell’animale studiato, piuttosto che basarsi solo sui vertebrati più complessi che si sono evoluti separatamente nel corso di milioni di anni. Questo ci porta direttamente alle missine e alle lamprede, gli ultimi esempi viventi di vertebrati senza mascelle. »

L’evoluzione delle cellule staminali: lamprede vs rane

Cellule staminali, comprese blastocisti e il cellule della cresta neurale, svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo dei vertebrati. Le blastocisti, presenti fin dai primi stadi embrionali, hanno il capacità di differenziarsi in tutti i tipi di cellule del corpo. Al contrario, le cellule della cresta neurale, che compaiono più tardi nello sviluppo, sono responsabili della formazione di varie strutture essenziali, come ad es neuroni e muscoli.

Per comprendere gli sviluppi che hanno portato alla diversità dei vertebrati, i ricercatori hanno confrontato i geni coinvolti nella regolazione di queste cellule staminali nel lampreda e il xenopouna rana acquatica dotata di mascelle.

Questo confronto è stato cruciale perché ci ha permesso di esaminare come le reti genetiche che regolano le cellule staminali si sono evolute nei vertebrati primitivi rispetto a quelle nei vertebrati più evoluti. Analizzando i geni e le reti di regolamentazione genetica di queste due specie, i ricercatori sono stati in grado di identificare sia somiglianze che differenze, che hanno fornito preziose informazioni sui cambiamenti evolutivi che hanno portato alla comparsa dei vertebrati nelle mascelle e in altre caratteristiche complesse.

Cosa ci dice lo studio?

I risultati mostrano che le lamprede condividono aspetti importanti della rete genetica responsabile della pluripotenza cellulare con i vertebrati con mascelle, come Xenopus. Tuttavia, una differenza cruciale è l’assenza del gene pou5 nelle cellule della cresta neurale delle lamprede. Questo gene è cruciale per la formazione di strutture complesse come le mascelle nei vertebrati.

L’assenza di questo gene nelle lamprede suggerisce quindi che questa perdita potrebbe essere un fattore chiave per spiegare perché le lamprede, nonostante la loro complessità genetica, non hanno sviluppato le mascelle.

La perdita di questo gene nelle lamprede, combinata con la sua presenza nei vertebrati con la mascella, suggerisce che le modificazioni genetiche e gli sviluppi associati a queste strutture ossee si siano quindi evoluti. prodotto dopo la divergenza dei lignaggi che li hanno e quelli che non li hanno.

Per gli esseri umani, questa ricerca fornisce quindi preziose informazioni sulle origini dei tratti complessi che possediamo oggi. Comprendendo come i primi vertebrati si sono evoluti per sviluppare strutture fondamentali, possiamo infatti comprendere meglio i passaggi chiave dell’evoluzione che hanno portato alla diversità dei vertebrati moderni, compresi noi stessi.

Lo studio è pubblicato in Natura Ecologia ed Evoluzione.