Un singolo gene fa sì che la cellula urticante perda il suo pungiglione

23 febbraio 2023

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di Krishna Ramanujan, Cornell University

Secondo un nuovo studio, quando gli scienziati hanno disabilitato un singolo gene regolatore in una specie di anemone di mare, una cellula pungente che spara un arpione velenoso in miniatura per la caccia e l'autodifesa si è spostata per sparare un filo appiccicoso che intrappola la preda.

La ricerca, condotta sull'anemone di mare Nematostella vectensis, mostra come la disabilitazione di un gene, chiamato NvSox2, abbia consentito la transizione da una cellula perforante (chiamata nematocita), a una cellula appiccicosa e intrappolante (chiamata spirocita). La scoperta suggerisce che la cellula nematocita potrebbe essersi evoluta da uno spirocita, grazie allo sviluppo del gene NvSox2.

"Questo gene controlla il passaggio tra due destini cellulari alternativi; controlla un'intera serie di tratti che hanno dato a questa cellula un'identità completamente diversa", ha affermato Leslie Babonis, assistente professore di ecologia e biologia evolutiva alla Cornell University.

Babonis è l'autore corrispondente di "L'atavismo unicellulare rivela un antico meccanismo di diversificazione del tipo cellulare in un anemone di mare" pubblicato su Nature Communications.

Le "cellule urticanti" si trovano in tutti gli cnidari, compresi gli anemoni di mare, i coralli, le idre e le meduse. Sono servite da modello di cellula nell'articolo poiché sono disponibili in diverse dozzine di tipi cellulari, con forme e funzioni diverse, consentendo ai ricercatori di esplorare domande evolutive fondamentali su come un singolo tipo di cellula può diventare estremamente diversificato con molte forme diverse.

Fondamentalmente, questa linea di studio cerca di comprendere meglio l’evoluzione della diversità animale, poiché tutte le forme di vita hanno avuto origine da organismi unicellulari che sono diventati più complessi man mano che le cellule si sono specializzate e differenziate nel tempo.

I risultati sottolineano il fatto che una sorta di flessibilità funzionale è incorporata nell'architettura genetica delle cellule urticanti di N. vectensis. Ad esempio, se una piccola popolazione di N. vectensis dovesse trasferirsi in un nuovo ambiente in cui un filo adesivo si rivelasse più vantaggioso di una cellula arpione perforante, basterebbe solo una piccola mutazione in un gene per effettuare il cambiamento.

"Essere in grado di 'scegliere' tra diversi tipi di cellule dà a un animale molta flessibilità per invadere nuovi habitat ed evolvere nuovi tratti", ha detto Babonis.

I nematociti e gli spirociti contengono entrambi un nuovo organello composto da una capsula spessa e pressurizzata. Quando una preda o un predatore viene rilevato nelle vicinanze, la capsula pressurizzata collassa, costringendo un proiettile a uscire dalla cellula: un arpione nel caso dei nematociti e un filo appiccicoso che impiglia la preda negli spirociti.

Babonis e colleghi hanno utilizzato l’editing genetico CRISPR/Cas9 per eliminare un NvSox2, un fattore di trascrizione che si lega al DNA e modifica l’espressione dei geni a valle. In questo modo, i ricercatori hanno scoperto che il ruolo di NvSox2 era quello di silenziare lo sviluppo di cellule appiccicose e promuovere lo sviluppo di cellule perforanti al loro posto.

"Le cellule avevano un aspetto completamente diverso e avevano una funzione completamente diversa rispetto alle cellule degli animali selvatici", ha detto Babonis.

Nel lavoro futuro, Babonis e colleghi intendono studiare l’ampiezza di questo fenomeno cercando lo stesso controllo di un singolo gene sul destino di due cellule in altre specie di cnidari, inclusa una specie di corallo strettamente imparentata. Un obiettivo a lungo termine del progetto è quello di lavorare a ritroso per identificare l'insieme minimo di geni necessari per creare una cellula urticante che possa ancora sparare un proiettile. Da lì, sperimenteranno le variazioni.