Nuove ricerche svelano le origini evolutive delle cellule staminali attraverso un esperimento rivoluzionario che ha creato con successo un topo utilizzando antichi strumenti genetici. Pubblicato su Nature Communications, un team internazionale di ricercatori ha raggiunto un traguardo rivoluzionario: la creazione di cellule staminali di topo capaci di generare un topo completamente sviluppato.
La scoperta è stata resa possibile grazie all’utilizzo di strumenti genetici derivati da un organismo unicellulare con il quale condividiamo un antenato comune precedente agli animali. Questo studio non solo ridefinisce la nostra comprensione delle origini genetiche delle cellule staminali, ma offre anche una nuova prospettiva sulle connessioni evolutive tra gli animali e i loro antichi parenti unicellulari.
In un esperimento che sembra uscito da un racconto di fantascienza, il dottor Alex de Mendoza della Queen Mary University di Londra ha collaborato con ricercatori dell’Università di Hong Kong per utilizzare un gene trovato nei coanoflagellati, organismi unicellulari correlati agli animali, per creare cellule staminali che sono state poi utilizzate per dare origine a un topo vivo e respirante.
I coanoflagellati sono i parenti viventi più vicini degli animali e nei loro genomi sono presenti versioni dei geni Sox e POU, noti per guidare la pluripotenza delle cellule staminali dei mammiferi. Questa scoperta inaspettata sfida la convinzione radicata che questi geni siano evoluti esclusivamente negli animali.
Il dottor de Mendoza ha dichiarato: “Creando con successo un topo utilizzando strumenti molecolari derivati dai nostri parenti unicellulari, stiamo assistendo a una straordinaria continuità di funzione attraverso quasi un miliardo di anni di evoluzione.”
Lo studio suggerisce che geni chiave coinvolti nella formazione delle cellule staminali potrebbero essere originati molto prima delle stesse cellule staminali, forse contribuendo a preparare il terreno per la vita multicellulare che vediamo oggi.
Il Premio Nobel del 2012 a Shinya Yamanaka ha dimostrato che è possibile ottenere cellule staminali da cellule differenziate semplicemente esprimendo quattro fattori, tra cui un gene Sox (Sox2) e un gene POU (Oct4). In questa nuova ricerca, il team ha introdotto geni Sox di coanoflagellati nelle cellule di topo, sostituendo il gene Sox2 nativo e ottenendo una riconversione allo stato di cellule staminali pluripotenti.
Per convalidare l’efficacia di queste cellule riconvertite, sono state iniettate in un embrione di topo in sviluppo. Il topo chimero risultante ha mostrato caratteristiche fisiche sia dell’embrione donatore che delle cellule staminali indotte in laboratorio, confermando che questi geni antichi hanno svolto un ruolo cruciale nel rendere le cellule staminali compatibili con lo sviluppo dell’animale.
Lo studio traccia come le prime versioni delle proteine Sox e POU siano state utilizzate dagli antenati unicellulari per funzioni che in seguito sarebbero diventate fondamentali per la formazione delle cellule staminali e lo sviluppo degli animali. I coanoflagellati non hanno cellule staminali, sono organismi unicellulari, ma possiedono questi geni, probabilmente per controllare processi cellulari di base che gli animali multicellulari probabilmente hanno successivamente riadattato per costruire corpi complessi.
Questa nuova intuizione sottolinea la versatilità evolutiva degli strumenti genetici e offre uno sguardo su come le prime forme di vita potrebbero aver sfruttato meccanismi simili per guidare la specializzazione cellulare, molto prima che gli organismi multicellulari veri e propri venissero a esistere, e sull’importanza del riciclo nell’evoluzione.
Questa scoperta ha implicazioni al di là della biologia evolutiva, potenzialmente informando nuovi progressi nella medicina rigenerativa. Approfondendo la nostra comprensione di come si è evoluta la macchina delle cellule staminali, gli scienziati potrebbero identificare nuovi modi per ottimizzare le terapie a base di cellule staminali e migliorare le tecniche di riconversione cellulare per trattare malattie o riparare tessuti danneggiati.
Studiare le radici antiche di questi strumenti genetici ci permette di innovare con una visione più chiara su come i meccanismi di pluripotenza possano essere regolati o ottimizzati, ha detto il dottor Jauch, notando che i progressi potrebbero derivare dall’esperimento con versioni sintetiche di questi geni che potrebbero funzionare ancora meglio dei geni animali nativi in certi contesti.
Reference: L’emergere dei fattori di trascrizione Sox e POU precede le origini delle cellule staminali animali di Ya Gao, Daisylyn Senna Tan, Mathias Girbig, Haoqing Hu, Xiaomin Zhou, Qianwen Xie, Shi Wing Yeung, Kin Shing Lee, Sik Yin Ho, Vlad Cojocaru, Jian Yan, Georg K. A. Hochberg, Alex de Mendoza e Ralf Jauch, 14 novembre 2024, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-54152-x
