Il movimento delle onde è all’origine dell’apparato digerente?

Nella storia evolutiva degli animali, l’emergere dell’apparato digerente è stato un evento cruciale che ha permesso l’emergere di organismi pluricellulari, detti anche “metazoi”. Migliorando l’assimilazione dei nutrienti, questo organo ha fornito un innegabile vantaggio di sopravvivenza. È anche il primo membro del metazoo a formarsi oltre 700 milioni di anni fa. Ma come è apparso?

Oggi, l’apparato digerente si forma all’inizio dello sviluppo embrionale. Tuttavia, i segnali biochimici che innescano il processo variano notevolmente tra le specie e non forniscono indizi chiari su come si è formato il sistema digestivo nel loro antenato comune 700 milioni di anni fa. Da Ngoc Minh Nguyen e Tatiana Merle e colleghi del Curie Institute Mostra che questo segnale ancestrale non può essere biochimico ed endogeno ma meccanico e ambientale!

I ricercatori erano interessati a due specie marine: metazoi, anemoni di mare (Nematostella vectensis)e frusta di mare (Chwanoeca flessibile), un organismo costituito da una colonia di cellule ed è considerato un parente stretto dei metazoi. Il loro antenato comune risale ad almeno 700 milioni di anni. “Abbiamo osservato la formazione intestinale embrionale o rudimentale in queste due specie esponendole a un flusso d’acqua che imitava l’andirivieni delle onde su una spiaggia. spiega Emmanuelle Farge, che ha guidato questa ricerca.

In precedenti lavori su moscerini della frutta e pesci zebra — il cui antenato comune era molto più recente, circa 570 milioni di anni fa — lo stesso team ha dimostrato che lo stress meccanico interno stimola la formazione del mesoderma, il tessuto embrionale destinato a formare la maggior parte degli organi interni dell’odierna animali complessi. . Ci siamo poi posti la domanda se il primitivo apparato digerente dei primi metazoi risultasse allo stesso modo da costrizioni meccaniche. Tuttavia, questi organismi relativamente semplici potrebbero non essere stati soggetti a sollecitazioni meccaniche interne, ma la stimolazione meccanica potrebbe essere esterna, esercitata dall’ambiente marino in cui vivevano questi animali primitivi.

Per testare questa ipotesi, il team ha collocato embrioni di anemoni di mare e flagellati in espansione in un flusso idrodinamico che simulava lo stress delle onde. Mentre la gastrulazione (il processo di invasione delle cellule embrionali primordiali nell’endoderma, con conseguente formazione del tubo digerente) avviene circa 21 ore dopo la fecondazione negli anemoni di mare in assenza di un segnale meccanico, gli embrioni stimolati meccanicamente mostrano già questa intussuscezione dopo 18 ore. Nei flagellati bulbosi, che consistono in uno strato aperto di cellule che portano flagelli sulla loro faccia interna, la stimolazione meccanica provoca un’inversione di curvatura, posizionando il flagello verso la faccia esterna. “Ciò può equivalere alla formazione di una struttura tubolare chiusa su se stessa, che, come l’apparato digerente, cattura la sua preda unicellulare e migliora così la capacità dell’organismo di nutrirsi”, osserva Emmanuel Farge. Il team è andato oltre e ha dimostrato che in entrambe le specie questa inversione o inversione di flessione dipende dall’attività della miosina, una proteina che svolge un ruolo nella locomozione cellulare (la capacità di muoversi o deformarsi). Questo meccanismo potrebbe esistere da più di 700 milioni di anni.

Negli anemoni di mare, la stimolazione meccanica della gastrulazione è seguita da una modificazione biochimica della proteina beta-catenina, che innesca il programma cellulare di differenziazione nel tratto gastrointestinale. Un percorso di segnalazione meccanosensibile trovato anche in Drosophila e zebrafish che probabilmente risale all’antenato comune di tutte e tre le specie. Questo impulso meccanico a formare il tubo digerente è stato probabilmente amplificato e stabilizzato durante l’evoluzione da segnali biochimici. Tuttavia, gli stress meccanici, endogeni nelle attuali specie animali, supportano ancora i segnali biochimici innescando o mantenendo l’espressione di specifici geni endodermici”, specifica Emmanuel Farge.

Il team ha dimostrato meccanismi simili nella progressione del tumore per il cancro del colon nei topi: riproducendosi, le cellule tumorali pressurizzano meccanicamente i loro vicini sani e li inducono, attraverso lo stesso percorso della β-catenina, alla tumorigenesi trasformativa. I ricercatori vogliono ora esaminare se questa proprietà meccanicistica ancestrale sia stata riattivata patologicamente anche nello sviluppo del tumore in altri organi, dal momento che tutti gli organi moderni derivano dall’endoderma 700 milioni di anni fa.

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