Medical Genetics News

Amparo Tolosa, Medical Genetics News

Ricercatori dell’EMBL hanno appena capovolto ciò che finora si credeva accadesse durante la prima divisione dell’embrione, fornendo un meccanismo che spiega perché i genomi materno e paterno rimangono separati e perché così tanti errori avvengono durante questa divisione.

Uovo fecondato, prima della prima divisione. Immagine: Stan Beyler, Ph.D. UNC A.R.T. laboratory.

Dopo la fecondazione dell’uovo da parte dello sperma, la prima divisione della cellula risultante segna l’inizio di quello che diventerà l’embrione, nonché l’inizio di un nuovo organismo caratterizzato da un genoma che è il risultato della combinazione di materiale ereditario paterno e materno.

Finora si pensava che questa prima divisione dello zigote fosse il primo incontro tra i cromosomi del padre e della madre e coinvolgesse un unico fuso mitotico (il sistema di microtubuli che circonda i cromosomi e organizza la loro separazione nelle cellule figlie risultanti dalla divisione). Tuttavia, una tecnica di analisi e imaging, appositamente progettata per lo studio degli embrioni, ha rilevato che, a differenza di quanto accade nel resto delle divisioni, nella prima divisione del futuro embrione di topo, non è coinvolto un solo fuso mitotico, ma due, uno per ogni set di cromosomi.

Cellule in divisione. I cromosomi, in viola, sono stati duplicati e la separazione dei due set nelle corrispondenti cellule figlie è diretta dalle fibre del citoscheletro (in verde). Immagine: Nasser Rusan, National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health.

Per anni, i ricercatori avevano osservato che nella prima divisione dello zigote il materiale ereditario del padre e quello della madre occupavano compartimenti nucleari separati negli embrioni a due cellule. Inoltre, errori si sono verificati con una certa frequenza in questa divisione, portando alla comparsa di cellule con doppi nuclei. Tuttavia, nessuno aveva fornito un meccanismo per spiegare questa situazione.

L’obiettivo iniziale dei ricercatori era quello di osservare il comportamento dei genomi materni e paterni dopo la fecondazione per cercare di determinare perché si verificano così tanti errori. Per fare questo, hanno usato una tecnica microscopica avanzata che riduce la quantità di luce a cui l’embrione è esposto e fornisce immagini accurate senza compromettere la vitalità. Usando questa tecnica, il team ha osservato embrioni di topo in cui la parte centrale dei cromosomi paterni era stata colorata con un colore diverso da quelli materni e in cui i microtubuli erano marcati con un colore diverso dai precedenti. In questo modo, hanno potuto osservare la dinamica dei cromosomi paterni e materni, così come quella del fuso mitotico.

Analizzando diversi embrioni, i ricercatori hanno scoperto che dopo la rottura dell’involucro nucleare e l’inizio della prima divisione dello zigote, due fusi mitotici sono organizzati intorno ai genomi parentali, che funzionano indipendentemente e mantengono i due genomi separati durante la prima divisione.

“All’inizio abbiamo guardato solo il movimento dei cromosomi parentali e non abbiamo potuto spiegare la causa della separazione”, dice Judith Reichmann, primo autore dell’articolo e ricercatore dell’EMBL (European Molecular Biology Laboratory). “Solo quando ci siamo concentrati sui microtubuli, le strutture dinamiche di cui sono fatti i fusi, siamo stati in grado di vedere i doppi fusi per la prima volta. Questo ci ha permesso di fornire una spiegazione a un mistero vecchio di 20 anni.”

zigote del fuso mitotico
Rappresentazione dei due fusi mitotici nello zigote dei mammiferi. Immagine: Cartasiova/Hoissan/Reichmann/Ellenberg/EMBL.

I risultati del lavoro spiegano l’osservazione della separazione dei genomi materni e paterni negli embrioni a due cellule, così come l’alta frequenza di errori nella prima divisione dello zigote con conseguente rottura dello sviluppo.

Se si conferma che lo stesso accade negli esseri umani come nei topi, i risultati potrebbero avere importanti ripercussioni nella medicina riproduttiva, soprattutto in campo legale, dato che la fusione dei pronuclei segna l’inizio della protezione della vita dell’embrione in alcuni paesi. Attualmente si stima che la fusione del genoma materno e paterno avvenga alla prima divisione. Tuttavia, se due fusi mitotici si formano anche nello zigote umano, la combinazione del materiale ereditario dei genitori dovrebbe essere considerata avvenire dopo e non prima di questa prima divisione.

Riferimento: Reichmann J, et al. La formazione del doppio fuso negli zigoti tiene separati i genomi dei genitori nei primi embrioni dei mammiferi. Scienza. 2018. Doi: http://dx.doi.org/10.1126/science.aar7462

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