Uno studio rivela il nuovo ruolo svolto dai geni regolatori nello sviluppo della colonna vertebrale

Un gruppo di geni che controlla molti aspetti dello sviluppo embrionale è implicato anche nella determinazione del numero di vertebre nella colonna vertebrale: è quanto riporta una nuova ricerca finanziata dall’UE pubblicata nella rivista Developmental Cell.

Il sostegno europeo allo studio si iscrive nell’ambito del progetto CELLS INTO ORGANS (“Cells into organs: functional genomics for development and disease of mesodermal organ systems”), ultimato nei primi mesi di quest’anno e finanziato con 7,2 milioni di euro nel quadro dell’area tematica “Scienze della vita, genomica e biotecnologia per la salute” del Sesto programma quadro (6PQ).

I geni Hox sono presenti in tutto il regno animale; questi geni regolatori svolgono un ruolo importante nello sviluppo, garantendo, per esempio, che i nostri arti crescano al posto giusto.

Nel presente studio, scienziati francesi, olandesi, portoghesi e inglesi hanno studiato il ruolo dei geni Hox nello sviluppo della colonna vertebrale. Le vertebre si sviluppano da cellule precursori chiamate somiti, che si formano nell’embrione. Durante lo sviluppo, la colonna vertebrale cresce vertebra dopo vertebra, cominciando dalla testa e finendo con la coda. Era già noto che i geni Hox aiutano a garantire che il giusto tipo di vertebra cresca al posto giusto: le vertebre cervicali crescono nella regione del collo, mentre in quella del torace sono legate alle costole, seguite dalle vertebre lombari nella parte inferiore della schiena, e così via fino alla coda.

Tuttavia anche il numero di vertebre è importante, e questo varia da animale ad animale. Non sorprenderà sapere che i serpenti sono quelli che ne hanno il maggior numero, mentre animali più piccoli, come i topi, ne hanno poche. Il numero di vertebre formate è legato alla crescita dell’embrione all’estremità della coda. Quanto più questa cresce, tanti più somiti produce, e così pure il numero finale di vertebre.

Si sa che una famiglia di geni regolatori, chiamati Cdx, è implicata nella definizione del numero di vertebre. Quando i geni Cdx vengono silenziati, sono resi inattivi anche certi geni Hox, ma fino ad oggi si riteneva che questo facesse parte del meccanismo Hox che controlla l’identità delle vertebre.

Di solito il silenziamento dei geni Cdx arresta la crescita dell’embrione all’estremità della coda. Tuttavia questa recente ricerca mostra che i geni Hox sono capaci di prendere il sopravvento e ripristinare la crescita, garantendo che venga prodotto il giusto numero di somiti e quindi di vertebre.

“Abbiamo mostrato come l’attivazione di geni Hox faccia parte del modo in cui i geni Cdx promuovono la crescita dell’embrione all’estremità della coda”, ha spiegato Moises Mallo dell’Instituto Gulbenkian de Ciência in Portogallo. “Quando i pertinenti geni Hox sono stati attivati nei mutanti di topo Cdx [ossia nei topi privi di geni Cdx], gli embrioni si sono ripresi e i nati avevano una colonna vertebrale praticamente normale, dimostrando che i geni Hox erano stati capaci di compensare l’assenza di Cdx. Si tratta di un ruolo del tutto nuovo per i geni Hox”.

Oltre a promuovere la crescita vertebrale nelle prime fasi dello sviluppo, i geni Hox sono vitali nell’arrestare l’aggiunta di un numero eccessivo di vertebre nelle fasi più avanzate dello sviluppo embrionale. Se i geni Hox che sono solitamente attivi alla fine dello sviluppo spinale sono attivati troppo presto, la crescita di nuovi segmenti spinali è interrotta, e questo produce una colonna vertebrale più corta del normale.

“Questo documento fornisce un’aggiunta importante alla vecchia visione del ruolo dei geni Hox, uno dei geni implicati nello sviluppo embrionale più studiato: un gene che controlla non solo l’identità, ma anche il numero di vertebre”, ha aggiunto il Dr. Mallo. “Sebbene queste osservazioni siano state fatte nella regione caudale dell’embrione, è probabile che meccanismi affini agiscano per determinare il numero di segmenti più vicino alla testa”.

Per maggiori informazioni:

Instituto Gulbenkian de Ciência:
http://www.igc.gulbenkian.pt

Developmental Cell:
http://www.cell.com/developmental-cell/home