Lo sviluppo embrionale al rallentatore

Tutti conoscono il capriolo, molti cruciverba ne parlano, lo si incontra durante una corsa o una passeggiata nel bosco: un animale in filigrana, con i suoi grandi occhi neri quasi eleganti.

Per quanto il capriolo possa sembrare comune nelle nostre foreste, ha una particolarità unica tra gli animali con le corna. Dopo l'accoppiamento e la fecondazione dell'uovo in piena estate, l'embrione delle dimensioni di una testa di spillo non si impianta nell'utero, ma entra in un periodo di dormienza chiamato diapausa embrionale. Chi siamo dura quattro mesi, fino a dicembre. Solo allora l'embrione continua il suo sviluppo a un ritmo normale e si impianta nell'utero. A maggio, dopo quattro mesi e mezzo di "vera" gestazione, la cerva dà alla luce da uno a tre cerbiatti.

Il fenomeno è noto da oltre 150 anni. Tuttavia, questo processo insolito continua a lasciare perplessi i ricercatori. Chi siamo conosce 130 specie di mammiferi con vari gradi di diapausa. Tuttavia, raramente durano così a lungo come nel capriolo. In quasi nessun'altra specie si verifica un rallentamento così pronunciato e prolungato invece di un arresto completo. Gli scienziati possono indurre artificialmente la diapausa nei topi. Tuttavia, non è ancora chiaro quali fattori naturali controllino la dormienza nei cervi e mantengano in vita l'embrione.

Il gruppo di ricerca guidato da Susanne Ulbrich, professoressa di fisiologia animale all'ETH di Zurigo, lavora da tempo sul mistero della diapausa del capriolo. In un nuovo studio, i ricercatori mostrano quali processi molecolari avvengono nell'embrione durante la dormienza: Le cellule embrionali continuano a dividersi durante la diapausa, anche se molto lentamente. Il numero di cellule, comprese le cellule staminali embrionali, raddoppia solo ogni due o tre settimane. Lo studio è stato appena pubblicato sulla rivista scientifica PNAS. Oltre al gruppo dell'ETH, sono coinvolti anche ricercatori delle Università di Zurigo e Berna e di istituti di ricerca tedeschi e francesi.

Studio di trascrizioni geniche e molecole di segnalazione

Per chiarire la questione di ciò che impedisce alle cellule embrionali di dividersi a un ritmo normale, i ricercatori hanno analizzato la composizione molecolare del liquido uterino. In secondo luogo, hanno esaminato più da vicino il trascrittoma, cioè l'insieme di tutte le molecole di RNA messaggero, degli embrioni e delle cellule mucose dell'utero.

I ricercatori hanno trovato nel fluido uterino sostanze di segnalazione in grado di regolare la velocità di divisione. L'amminoacido serina era particolarmente evidente. I ricercatori dell'ETH hanno dimostrato che la concentrazione di alcuni aminoacidi nel liquido uterino cambia verso la fine della diapausa. Di conseguenza, il tasso di divisione cellulare riprende a velocità normale.

? coinvolto anche il complesso di molecole mTOR, che reagisce agli aminoacidi. Questo complesso proteico svolge un ruolo decisivo in molte altre vie di segnalazione nelle cellule di mammifero nella regolazione del metabolismo cellulare, anche in relazione al cancro. mTORC1, ad esempio, regola la sintesi proteica e quindi la crescita e la divisione cellulare.

Secondo le nuove scoperte, solo l'attività del complesso molecolare mTORC1 (ma non mTORC2) viene soppressa negli embrioni di capriolo durante l'intera diapausa. Ciò è in contrasto con la diapausa nei topi, in cui la divisione cellulare viene completamente arrestata dall'inibizione di entrambi i complessi mTORC.

Se il livello di aminoacidi nel liquido uterino aumenta in modo significativo verso la fine della gravidanza, si attiva mTORC1. Questo, a sua volta, attiva i geni del metabolismo e del ciclo cellulare. Lo sviluppo embrionale viene stimolato. I ricercatori sospettano anche che, a sua volta, mTORC2 non sia inibito durante la diapausa degli embrioni di reh, il che potrebbe mantenere la lenta e continua divisione cellulare.

In questo studio, i ricercatori non hanno indagato se oltre ai vari aminoacidi siano coinvolte altre molecole di segnalazione. Inoltre, non è chiaro se gli aminoacidi siano effettivamente responsabili del proseguimento della maturazione dell'embrione o se l'embrione secerna anche molecole che agiscono sulle cellule materne e sulle vie di segnalazione. ? possibile che l'embrione segnali la sua presenza all'organismo materno con speciali molecole di segnalazione. Ulbrich vorrebbe colmare questa lacuna di conoscenze in studi futuri.

Nuova luce sulla biologia riproduttiva

Le nuove scoperte fanno luce sulla biologia riproduttiva e dello sviluppo in generale. Una delle domande fondamentali è come avviene la gravidanza nei mammiferi. Negli esseri umani e nei bovini, ad esempio, gli embrioni spesso non si impiantano nell'utero e muoiono. "Questo ha a che fare con complesse interazioni tra l'embrione e la madre", spiega Ulbrich.

Il successo di una gravidanza richiede un'attenta tempistica. L'embrione deve farsi notare al momento giusto attraverso segnali (molecolari) appropriati e interrompere il ciclo della madre. "Vogliamo capire meglio questa interazione tra embrione e madre", spiega l'ETH. Il cervo è un modello ideale per questo scopo. Il suo sviluppo embrionale è molto simile a quello dei bovini, ma avviene al rallentatore. "Questo ci permette di scomporre meglio le singole fasi nel tempo e di trovare relazioni causali".

I risultati potrebbero anche aiutare a visualizzare in-vitro-L'obiettivo è migliorare la fecondazione umana in modo che gli embrioni non debbano più essere congelati. Inoltre, i fattori naturali potrebbero essere utilizzati per controllare la velocità di divisione delle cellule, comprese le cellule staminali embrionali.