| Saturday, 25/05/13 ore 13:08 |
| Vita | 20/12/02 |
| Nuova luce sull'evoluzione dei vertebrati con il Dna dell'ascidia |
Come l'uomo è un cordato, ma ha un genoma più semplice; per molti versi è
simile ai batteri, ai funghi e alle piante
Il genoma semplificato del Ciona Intestinalis, un'ascidia comune
strettamente correlata ai vertebrati sull'albero dell'evoluzione, sta
fornendo nuovi indizi sulle origini sui sistemi e le strutture chiave dei
vertebrati, compresi i sistemi nervoso, immunologico e ormonale umani.
In un articolo comparso su Science il 13 dicembre è stata data notizia del
lavoro di un consorzio di ricerca formato da scienziati di Università e
istituti americani e giapponesi e capeggiato dal Joint Genome Institute
(JGI) del Dipartimento dell'Energia statunitense.
Comparando il genoma del C. Intestinalis con quello umano e di altri
animali, i ricercatori sono stati in grado di raccimolare nuove
informazioni sulle origini dell'evoluzione del cervello umano, della
colonna vertebrale, del cuore, dell'occhio, della ghiandola tiroidea e dei
sistemi nervoso e immunitario, e in generale di comprendere meglio lo
sviluppo dei cordati e dei vertebrati.
@img A sinistra, embrioni di Ciona, anche con visibili macchie blu@
L'ascidia è un urocordato o "tunicato" che vive nelle acque poco profonde
degli oceani di tutto il mondo. Gli individui adulti con il corpo a forma
di botte si attaccano alle roccie, ai pontili, alle barche e sul fondo del
mare, e si nutrono e respirano facendo passare l'acqua del mare attraverso
il loro corpo e raccogliendo plancton e ossigeno tramite un filtro interno
a forma di cestino.
Tuttavia, queste ascidie rivelano la loro parentela con il genere umano
negli stadi giovanili del loro sviluppo. Il giorno dopo essere stato
fertilizzato, l'uovo si trasforma in un piccolo girino composto di solo
2500 cellule che subito cerca una dimora, vi si stabilisce e poi compie la
metamorfosi nella forma adulta immobile; ma quando il girino ancora nuota,
presenta un bastoncino irrigidito che corre lungo la sua coda chiamato
notocorda, un sistema nervoso primitivo che è l'antenato della nostra spina
dorsale.
Il tunicato Ciona è un organismo modello ideale per studiare lo sviluppo
dei cordati e i sistemi che regolano il Dna, dati il vicino rapporto con i
vertebrati, il suo genoma compatto - circa 160 milioni di coppie di
nucleotidi, cioè un ventesimo di quelle del genoma umano - e il piccolo
corredo cellulare. Gli studi comparativi dei genomi di organismi diversi
condotti dal JGI stanno aiutando a determinare le funzioni e la regolazione
dei geni e di altre regioni del Dna del patrimonio genetico umano che
giocano un ruolo cruciale nella salute umana.
L'analisi della sequenza del Ciona rivela che il suo genoma contiene circa
16.000 geni, l'80% dei quali è stato trovato nell'uomo e in altri
vertebrati. Tuttavia, il Ciona ha circa la metà dei geni di un vertebrato.
@img Il tessuto muscolare del ciona colorato di blu@
Il Ciona possiede molti geni simili a quelli dei vertebrati - compresi i
geni del complemento, della lecitina e dei recettori Toll-like - che i
ricercatori pensano abbiano una parte nel sistema immunitario primitivo del
tunicato. Tuttavia gli scienziati non hanno trovato traccia di centinaia di
geni fondamentali, come quelli dell'immunoglobulina o quelli dei recettori
delle cellule T, implicati nei sistemi immunitari adattivi dei vertebrati
superiori.
Al Ciona mancano anche un buon numero degli importanti geni Hox (geni
omeotici) che determinano la struttura del corpo dei vertebrati. In alcuni
casi sono presenti singoli geni Hox, mentre in altri sembrano essere
totalmente assenti. D'altra parte il Ciona ha dei geni per la sensibilità
alla luce molto simili a quelli dei vertebrati, così come a quelli
coinvolti nella formazione del cuore e delle cellule che accumulano iodio,
per esempio quelle della tiroide umana. Il Ciona, però, per trasportare
l'ossigeno tramite il flusso sanguigno, usa una proteina chiamata
emocianina piuttosto che l'emoglobina impiegata dalla maggior parte degli
altri animali, ed è privo dei geni per produrre steroidi e istamine.
I ricercatori sono rimasti sorpresi di trovare che per certi versi il Ciona
ha più cose in comune con i batteri, i funghi e le piante di quanto non
abbia con i vertebrati; per esempio i geni che servono a produrre la tunica
fibrosa che sostiene il sifone tramite cui si alimenta, sono simili ai geni
del metabolismo della cellulosa che si trovano in piante e batteri.
La sequenza dei geni del Ciona è stata determinata con il metodo "shotgun",
impiegato anche per sequenziare il genoma dell'uomo, del ratto, del topo e
del pesce palla. Quest'anno i ricercatori del JGI hanno incontrato a Walnut
Creek un gruppo internazionale di esperti provenienti da Giappone, Stati
Uniti, Italia Francia, Scozia, Canada e Australia per analizzare il genoma
dell'ascidia e sbrogliare le relazioni evolutive con i genomi di altri animali.
@img Un'immagine della notocorda visibile@
Oltre ad analizzare il genoma del Ciona, i ricercatori dello JGI stanno
conducendo esperimenti per identificare le funzioni di sequenze non
codificanti di Dna che si collocano tra un gene e l'altro e che regolano
l'espressione genica e determinano quando e dove nell'organismo un dato si
attiva o disattiva. Capire la complessa orchestrazione delle reti genetiche
è di fondamentale importanza per molte delle attuali ricerche in campo
biomedico.
I risultati di questi studi saranno pubblicati agli inizi del 2003.
Contatto: Charles Osolin, osolin1@llnl.gov
Eddy Rubin, emrubin@lbl.gov
Approfondimenti: http://jgi.doe.gov/ciona
DIDASCALIA foto in alto: Un esemplare adulto di Ciona intestinalis
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