I cromosomi parentali separati durante la prima divisione dell’embrione

Si è pensato a lungo che durante la prima divisione cellulare di un embrione, un fuso fosse responsabile della segregazione dei cromosomi dell’embrione in due cellule. Gli scienziati dell’European Molecular Biology Laboratory di Heidelberg hanno mostrato che nei topi ci sono in realtà due fusi, uno per ogni set di cromosomi parentali, il che significa che l’informazione genetica di ciascun genitore viene tenuta a parte durante la prima divisione.
Questa formazione a doppio fuso potrebbe spiegare parte dell’elevato tasso di errore nei primi stadi di sviluppo dei mammiferi, coprendo le prime divisioni cellulari.
“Lo scopo di questo progetto era scoprire perché così tanti errori si sono verificati in quelle prime divisioni”, afferma Jan Ellenberg, capo del gruppo presso l’EMBL che ha guidato il progetto. “Sapevamo già della formazione di due mandrini in organismi più semplici come gli insetti, ma non abbiamo mai pensato che questo sarebbe avvenuto nei mammiferi come i topi. Questa scoperta è stata una grande sorpresa, dimostrando che dovresti sempre essere preparato all’inaspettato.”
Gli scienziati hanno sempre visto i cromosomi parentali occupare due parti a forma di mezza luna nel nucleo di embrioni a due cellule, ma non era chiaro come ciò potesse essere spiegato. “In primo luogo, stavamo osservando il moto dei cromosomi parentali, e non abbiamo potuto dare un senso alla causa della separazione”, dice Judith Reichmann, scienziata del gruppo Ellenberg di EMBL e primo autore del documento. “Solo quando ci si concentra sui microtubuli – le strutture dinamiche di cui sono fatti i fusi – potremmo vedere i due mandrini per la prima volta. Questo ci ha permesso di fornire una spiegazione per questo mistero di 20 anni”.
“I due mandrini forniscono un meccanismo precedentemente sconosciuto – e quindi una possibile spiegazione – per uno degli errori comuni che vediamo nelle prime divisioni di embrioni di mammiferi”, spiega Ellenberg. Tali errori possono provocare cellule con nuclei multipli, terminando lo sviluppo. “Ora, abbiamo un nuovo meccanismo da seguire e identificare nuovi bersagli molecolari. Sarà importante scoprire se funziona allo stesso modo negli esseri umani, perché ciò potrebbe fornire preziose informazioni per la ricerca su come migliorare il trattamento dell’infertilità umana, per esempio”.
Inoltre, la conoscenza di questo documento potrebbe avere un impatto sulla legislazione. In alcuni paesi, la legge afferma che la vita umana inizia – ed è quindi protetta – quando i nuclei materni e paterni si fondono dopo la fecondazione. Se si scopre che il processo del doppio mandrino funziona allo stesso modo negli esseri umani, questa definizione non è completamente accurata, poiché l’unione in un nucleo avviene leggermente dopo, dopo la prima divisione cellulare.”
Questa scoperta sarebbe stata impossibile senza la tecnologia di microscopia del foglio luminoso sviluppata nel gruppo di Ellenberg e Lars Hufnagel all’EMBL, che è ora disponibile attraverso la società di spin-off EMBL Luxendo. Ciò consente l’imaging in tempo reale e in 3D delle prime fasi di sviluppo, quando gli embrioni sono molto sensibili alla luce e verrebbero danneggiati dai metodi convenzionali di microscopia ottica. L’alta velocità e la precisione spaziale della microscopia in light-light riducono drasticamente la quantità di luce a cui è esposto l’embrione, rendendo possibile un’analisi dettagliata di questi processi precedentemente nascosti.