Un altro tassello per la comprensione dello sviluppo iniziale dell’embrione
Essendo i topi geneticamente simili agli esseri umani, i loro embrioni hanno a lungo fornito modelli utili per una migliore comprensione dello sviluppo umano. Tuttavia, mentre gli stadi di pre-impianto dello sviluppo del topo sono stati ampiamente studiati in laboratorio, non si può dire altrettanto per gli stadi di impianto che, avvenendo nell’utero, sono stati per lo più nascosti alla vista. Per chiarire ulteriormente lo sviluppo embrionale, il progetto EMBRYONIC ROSETTES, finanziato dall’UE, ha esaminato il modo in cui l’infrastruttura cellulare nei topi regola la raccolta di molecole di RNA messaggero, noto come trascrittoma, che controlla la differenziazione cellulare, innescando l’espressione genica. Il progetto ha scoperto che l’organizzazione del nucleo può regolare differenzialmente il trascrittoma, contribuendo a stabilire lignaggi embrionali (EPI) ed extra-embrionali (TE) e che questo processo coinvolge l’enzima CARM1. Stadi di sviluppo embrionale Le macromolecole denominate cromatina sono costituite da un mix di DNA, RNA e proteine. Esse si trovano nel nucleo delle cellule dei mammiferi ed è noto, da studi sull’embrione di topo, che la loro disposizione spaziale durante il pre-impianto contribuisce ad attivare i geni che determinano le modalità di sviluppo dell’embrione. Questi processi molecolari vanno dalla replicazione del DNA alla trascrizione ed elaborazione dell’RNA. Dopo la fecondazione si forma una struttura nota come zigote che, dopo alcune divisioni cellulari, si trasforma in una blastocisti. Sempre dopo la fecondazione, nell’embrione la cromatina macromolecolare viene riprogrammata per la costituzione dei tre cosiddetti lignaggi della blastocisti: l’epiblasto pluripotente (EPI) che dà origine al corpo futuro dell’animale, gli strati di cellule primitive extra-embrionali denominati endoderma (PE) e il trofoectoderma (TE), l’altro tessuto extra-embrionale che forma la placenta. Spiegando la logica di EMBRYONIC ROSETTES, la coordinatrice del progetto, la dott.ssa Anna Hupalowska, afferma: «Sappiamo che la riorganizzazione nucleare della cromatina dopo la fecondazione influenza il destino e lo sviluppo dell’embrione; questo tuttavia non è mai stato esaminato con attenzione durante la fase iniziale di sviluppo dei mammiferi». I nuclei degli eucarioti superiori (organismi i cui nuclei sono racchiusi da membrane) contengono più corpi subnucleari che mediano processi molecolari distinti, che vanno dalla replicazione del DNA alla trascrizione ed elaborazione dell’RNA. Durante gli esperimenti pilota del progetto, il gruppo di ricerca ha osservato un marcato aumento del numero e dell’intensità di un enzima denominato CARM1, in particolare nell’embrione nello stadio a 4 cellule. Questo era organizzato in concentrazioni caratteristiche identificate come «paraspeckle», una classe relativamente nuova di corpo subnucleare formato da interazioni RNA-proteina. Come ricorda la dott.ssa Hupalowska, «Il numero di paraspeckle contenenti CARM nello stadio a 4 cellule dello sviluppo embrionale è correlato ai livelli della proteina metilata dell’istone H3, che in precedenza è stato dimostrato correlarsi direttamente alle specifiche del destino cellulare. Si tratta di un indicatore dell’importante ruolo che i paraspeckle svolgono anche nello sviluppo embrionale corretto». In effetti, il progetto ha scoperto che quando si cambiavano le strutture dei paraspeckle rimuovendo i componenti principali, lo sviluppo dell’embrione veniva arrestato prima di raggiungere lo stadio di blastocisti. Riscrivere i libri di testo? I paraspeckle regolano l’espressione di determinati geni mantenendo alcuni RNA e controllando l’esportazione di altri. Entrambe le funzioni sono correlate all’attività del CARM1, enzima che è stato dimostrato guidare le cellule verso un destino pluripotente, in grado di formare diversi tipi di cellule. Il lavoro del progetto ha dimostrato che l’alterazione dei paraspeckle interrompe anche la sequenza di eventi necessari per lo sviluppo di questo lignaggio di blastocisti pluripotenti. Il prossimo passo nella ricerca sarà determinare se la conservazione di trascrizioni specifiche all’interno del nucleo avviene in uno stadio precoce dell’embrione di topo e se ciò può essere regolato da CARM1 e paraspeckle. Come spiega la dott.ssa Hupalowska, «Catalogando le trascrizioni, la cui espressione e funzione potrebbero essere regolate dall’architettura nucleare, saremo in grado di caratterizzare l’impatto dei geni sullo sviluppo e sulle specifiche del destino cellulare. È probabile che questo lavoro influenzi i metodi di manipolazione delle cellule staminali embrionali per regolare la loro organizzazione e differenziazione, offrendo in definitiva opzioni sanitarie migliori».
Parole chiave
EMBRYONIC ROSETTES, nucleo, embrione di topo, sviluppo, geni, proteina, DNA, RNA, mammifero, impianto, differenziazione, blastocisti
