I segreti evolutivi del sistema nervoso
Il sistema nervoso è una delle strutture più vitali e complesse degli organismi viventi, in quanto è responsabile della trasmissione dei segnali tra le diverse parti del corpo. Controlla funzioni essenziali come il movimento, la sensazione e la cognizione, rendendole fondamentali per la sopravvivenza. Nonostante la sua importanza, le origini evolutive del sistema nervoso rimangono uno dei grandi misteri della biologia. La comprensione di come questo intricato sistema si sia sviluppato nelle diverse specie può fornire indicazioni fondamentali sia sul funzionamento del cervello umano sia sulla più ampia evoluzione della vita sulla Terra.
Studio delle reti di regolazione genica tra le specie
Realizzato con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA), il progetto RipGEESE guidato da Carlos Rivera è stato concepito per svelare l’evoluzione del sistema nervoso. Mentre gli studi evolutivi tradizionali spesso tracciano le relazioni confrontando le sequenze genetiche, RipGEESE ha esplorato come le reti di regolazione genica siano cambiate nel tempo. «Indagando sulle reti geniche, volevamo far luce su come il sistema nervoso abbia evoluto la sua complessità nelle diverse specie animali», spiega l’autore. Gli esperimenti si sono concentrati su tre tipi di cellule neuronali vertebrate ben studiate: neuroni serotoninergici e adrenergici, nonché cellule gliali. Queste cellule sono state selezionate per le loro funzioni distinte nella regolazione della neurotrasmissione e nel supporto della funzione neuronale.
Geni specifici del sistema nervoso nel corso dell’evoluzione
I dati di sequenziamento dell’RNA a cellula singola di otto specie animali hanno portato all’identificazione di 39 famiglie di geni espressi nel sistema nervoso di tutti gli animali. È interessante notare che il team ha scoperto che molte famiglie di geni cruciali per il sistema nervoso erano presenti nei coanoflagellati, antenati unicellulari degli animali. Questa scoperta suggerisce che la maggior parte dei macchinari genetici fondamentali per il sistema nervoso esisteva molto prima che gli animali sviluppassero sistemi nervosi complessi. Inoltre, la scoperta di una singola famiglia di geni direttamente collegata alla presenza di sistemi nervosi è una scoperta chiave che potrebbe avere implicazioni di vasta portata per la nostra comprensione della biologia evolutiva e dello sviluppo delle malattie neurologiche.
Simulare l’evoluzione
Poiché non è ancora chiaro come si evolvono le sequenze di geni con una funzione condivisa, RipGEESE ha creato un modello predittivo che simula come si evolvono i geni che interagiscono tra loro. Questo strumento offre un modo innovativo di modellare l’evoluzione delle reti geniche analizzando come le sequenze dei geni coinvolti cambiano nel tempo. Il simulatore CastNet ha permesso al team di modellare come le pressioni selettive sugli organismi, in particolare sui loro fenotipi, possano portare a modelli di coevoluzione nelle sequenze geniche e nelle interazioni regolatorie. «Questo strumento apre nuove possibilità per esplorare l’evoluzione della rete genica, fornendo una comprensione più profonda di come le interazioni regolatorie influenzino lo sviluppo di sistemi biologici complessi come il sistema nervoso», sottolinea Rivera. In futuro, il team RipGEESE intende continuare a studiare l’evoluzione delle reti di regolazione genica in un numero maggiore di specie. Il piano prevede di perfezionare ulteriormente i modelli predittivi e di estendere la ricerca ad altri tipi di interazioni di regolazione. Nel complesso, RipGEESE ha apportato contributi significativi alla comprensione dell’evoluzione del sistema nervoso, concentrandosi sul ruolo delle reti di regolazione genica. Ha inoltre gettato le basi per una nuova era della biologia evolutiva, in cui la regolazione genica è al centro della spiegazione della diversità e della complessità della vita.
Parole chiave
RipGEESE, sistema nervoso, evoluzione, gene, rete di regolazione
