L’origine dell’udito nell’uomo è legata al senso del tatto degli anemoni di mare

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Dietro la sua apparente semplicità – un cilindro sormontato da tentacoli – l’anemone di mare nasconde una grande complessità. È notevolmente più vicino a noi di quanto potremmo pensare, il suo genoma è molto simile al nostro. Queste somiglianze rendono l’anemone di mare un modello ideale per studiare il genoma animale e comprendere le interazioni che si verificano tra i geni. Di recente, un team internazionale di ricercatori ha scoperto un gene dello sviluppo correlato al tatto nei tentacoli degli anemoni di mare, gene già noto per essere coinvolto nello sviluppo dell’udito negli esseri umani. Questa scoperta rivela un legame genetico tra le due specie, a testimonianza di un antenato comune e della storia evolutiva dell’udito negli esseri umani.

Nel 2007, sorprendentemente, un team di ricercatori americani ha scoperto che il genoma dell’anemone, che appartiene alla stessa categoria dei coralli e delle meduse, il primo ramo divergente dei metazoi, assomiglia più da vicino a quello dell’uomo e di altri vertebrati rispetto a quello dei vertebrati classici modelli di laboratorio, come la Drosophila e il verme nematode. Quest’ultimo avrebbe perso un certo numero di geni da antenati comuni, che l’anemone e i vertebrati avrebbero conservato.

Il genoma dell’anemone, che è più simile, fornisce un buon riferimento per il confronto con il genoma umano, con l’obiettivo di scoprire i geni del nostro antenato comune e la loro organizzazione sui cromosomi. Heather Marlow, specialista in biologia dello sviluppo nella Genomics and Epigenomics of Vertebrate Development Unit presso l’Institut Pasteur, spiega: ” Quando il genoma dell’anemone di mare è stato sequenziato nel 2007, è risultato essere molto simile a quello dell’uomo, sia nel numero di geni, con circa 20.000 geni, sia nell’organizzazione. Queste somiglianze rendono l’anemone di mare un modello ideale per studiare il genoma animale e comprendere le interazioni tra i geni. “.

L’anemone di mare, inoltre, occupa una posizione strategica nell’albero della vita. Il ramo evolutivo degli cnidari – a cui appartengono gli anemoni – si separò da quello dei bilateri, in altre parole dalla maggior parte degli altri animali, compreso l’uomo, più di 600 milioni di anni fa. Heather Marlow riassume: “ L’anemone può quindi anche aiutarci a comprendere l’origine e l’evoluzione dei molteplici tipi cellulari che compongono i corpi e gli organi degli animali, ed in particolare il loro sistema nervoso. “. Nel 2018, lo stesso team ha evidenziato un sistema nervoso e sensoriale altamente complesso, con quasi trenta diversi tipi di neuroni: peptidergici, glutamatergici o addirittura insulinergici.

In questo contesto, un team internazionale guidato dal biologo Ethan Ozment dell’Università dell’Arkansas ha recentemente pubblicato un articolo sulla rivista eVitariportando la scoperta di un gene dello sviluppo legato al tatto nei tentacoli degli anemoni di mare, noto per essere legato anche all’udito nell’uomo.

Cellule sensoriali di origine comune

Uno dei tipi cellulari sensoriali più fondamentali emersi durante l’evoluzione animale è la cellula meccanosensoriale. È una cellula epiteliale sensoriale specializzata che trasforma gli stimoli meccanici, ad esempio vibrazioni dell’acqua, pressione sulla pelle, stiramento, ecc. — nei segnali interni. Questi segnali vengono quindi comunicati, di solito attraverso il sistema nervoso, alle cellule effettrici, ad esempio le cellule muscolari, per suscitare risposte comportamentali e/o fisiologiche dal corpo. Stiamo parlando di un meccanocettore.

Nonostante questo posto nella filogenesi animale, le prime storie evolutive dello sviluppo dei meccanocettori rimangono enigmatiche. Sappiamo che il tipo classico di cellula meccano-sensoriale con una funzione neurosensoriale dedicata, cioè che produce un impulso nervoso quando si verifica una deformazione del tessuto adiacente, è la cellula ciliata. Inoltre, nell’uomo e in altri vertebrati, i recettori sensoriali del sistema uditivo ne sono dotati. Queste cellule hanno fasci di organelli simili a dita, chiamati stereociglia, che rilevano gli stimoli meccanici, cioè le vibrazioni che sentiamo come suono.

Come accennato in precedenza, gli anemoni di mare sono un modello di studio più rilevante nella ricerca sulla storia dell’evoluzione umana, perché le caratteristiche condivise dagli animali bilaterali e dagli cnidari erano probabilmente presenti nel nostro ultimo antenato comune. Questi anemoni di mare, infatti, appartengono al gruppo degli Cnidaria, gruppo gemello di Bilateria compresi i vertebrati. Questi due gruppi si discostarono dal loro ultimo antenato comune che visse tra 748 e 604 milioni di anni fa. Inoltre, gli anemoni di mare possiedono anche cellule ciliate, con caratteristiche morfologiche e funzionali parallele a quelle delle cellule meccanosensoriali di altre linee animali. Sfortunatamente, nessuno studio ha esaminato i geni essenziali per lo sviluppo di queste cellule ciliate cnidari, che potrebbero raccontarci la nostra storia evolutiva.

Per chiarire queste domande, i ricercatori del presente studio si sono basati su un lavoro precedente, che ha rivelato l’esistenza di un gene particolare, il gene POU-IV. Quest’ultimo è condiviso da tutti i gruppi di animali esistenti, ad eccezione di Ctenoforaindicando un’emergenza precoce nell’evoluzione animale. Il suo coinvolgimento nello sviluppo delle cellule ciliate, nei mammiferi, è attestato da esperimenti sui topi. Questi ultimi, se privati ​​del gene POU-IV, sono sordi. Tuttavia, il suo ruolo nello sviluppo sensoriale dell’anemone di mare e la sua evoluzione attraverso la filogenesi animale sono rimasti sconosciuti.

Un gene coinvolto nell’udito e nel tatto

Per capire cosa stava facendo il gene POU-IV nell’anemone di mare stellato (Nematostella vectensis), il team l’ha disattivato utilizzando lo strumento di modifica genetica CRISPR-Cas9. Per fare ciò, i ricercatori hanno iniettato una miscela contenente la proteina Cas9 in uova di anemone di mare fertilizzate per eliminare il gene e hanno studiato gli embrioni in via di sviluppo, nonché gli anemoni mutati in coltura.

Hanno quindi scoperto che l’eliminazione del gene portava a uno sviluppo anormale di cellule ciliate tentacolari. In effetti, gli anemoni mutanti hanno mostrato una crescita aberrante delle cellule ciliate tentacolari e nessuna sensibilità al tatto rispetto agli anemoni di controllo di tipo selvaggio. In altre parole, senza il gene POU-IV, non potrebbero percepire gli stimoli fisici attraverso le cellule ciliate.

Comportamento di anemoni wild-type (F2 POU-IV +/+, A, B) e mutanti (F2 POU-IV -/-, C, D) in risposta a stimoli tattili dai loro tentacoli orali. Vengono mostrati gli animali prima (A, C) e dopo (B, D) il tocco tentacolare. Gli stimoli tattili ai tentacoli causano la retrazione dei tentacoli nell’individuo selvaggio, alle punte delle frecce. © E. Ozment et al., 2022

Inoltre, gli anemoni mutanti hanno fortemente represso un gene estremamente simile al gene della policistina 1, necessario per il normale rilevamento del flusso di fluido da parte delle cellule renali dei vertebrati. Una sensazione di flusso fluido potrebbe essere una caratteristica benefica per gli organismi acquatici, anche se gli anemoni di mare non hanno reni.

Presi insieme, i risultati mostrano che POU-IV potrebbe aver svolto un ruolo nell’evoluzione delle cellule meccanocettrici nel singolo antenato di cnidari e bilateri. I ricercatori affermano in una dichiarazione: Questo studio è entusiasmante perché non solo ha aperto un nuovo campo di ricerca su come la meccanosensazione si sviluppa e funziona in un anemone di mare, ma ci informa anche che i mattoni del nostro senso dell’udito hanno radici evolutive che risalgono a centinaia di milioni di persone. di anni al Precambriano. La precocità del ruolo di POU-IV nella differenziazione dei meccanocettori nell’evoluzione animale rimane irrisolta e richiede dati comparativi su placozoi e spugne. “.

I risultati di questo lavoro aprono un campo di ricerca completamente nuovo sullo sviluppo e le funzioni della meccanorecezione negli cnidari. Inoltre, la scoperta indica che l’evoluzione del nostro udito ha una storia antichissima. Sarà necessario utilizzare le informazioni di altri phyla, con siti di divergenza più antichi, per tracciare ulteriormente la storia del gene.

Infine, i ricercatori hanno in programma di studiare il meccanismo mediante il quale POU-IV attiva insiemi distinti di geni attraverso cnidociti e cellule ciliate per far luce su come POU-IV possa aver contribuito all’evoluzione del nuovo tipo. Cnidari.

Fonte: eLife

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