I nostri corpi sono straordinariamente abili nell’adattarsi ai cambiamenti ambientali. Ad esempio, sia in mezzo al caldo estivo che al gelo invernale, la nostra temperatura interna rimane stabile a 37°C, grazie a un processo chiamato omeostasi. Questo atto di equilibrio nascosto è vitale per la sopravvivenza, poiché consente agli animali di mantenere condizioni interne stabili anche quando il mondo esterno cambia. Ma una recente ricerca del Gruppo Ikmi dell’EMBL Heidelberg mostra che l’omeostasi può estendersi oltre la regolazione interna e ridefinire attivamente la forma di un organismo.
L’anemone di mare stellina (Nematostella vectensis) possiede notevoli capacità rigenerative. Tagliagli la testa o il piede e semplicemente ne ricresce uno nuovo. Tagliatelo a metà e ogni pezzo diventerà un anemone completo e perfettamente funzionante.
Mentre alcuni animali rigeneranti, come le salamandre e i pesci, si concentrano sul ripristino delle parti perdute in proporzione a ciò che rimane, questo anemone di mare adotta un approccio diverso. Rimodella il suo intero corpo per mantenere la stessa forma generale, anche se ciò significa aggiustare parti che non sono state ferite. Questa caratteristica si riscontra anche nei platelminti e in altri animali con capacità rigenerative di tutto il corpo.
“La rigenerazione riguarda il ripristino della funzione dopo la perdita o il danno dei tessuti”, ha spiegato Aissam Ikmi, leader del gruppo EMBL e autore senior di un nuovo studio pubblicato sulla rivista Cellula di sviluppo. “La maggior parte degli studi di ricerca considerano principalmente modelli e dimensioni della rigenerazione, ma i nostri risultati mostrano che anche il mantenimento della forma è cruciale – ed è qualcosa che l’organismo controlla attivamente.”
La scoperta è iniziata quando Stephanie Cheung, ricercatrice di dottorato nel gruppo di Ikmi, ha notato qualcosa di insolito. Quando il piede di un anemone di mare è stato ferito, Cheung ha osservato non solo la divisione cellulare nel sito della ferita, ma anche una divisione cellulare inaspettata all’estremità opposta del corpo, l’area della bocca. Ciò suggeriva che l’anemone stesse inviando segnali attraverso tutto il suo corpo in risposta alla ferita.
Per indagare su questo aspetto, il gruppo di ricerca ha utilizzato una tecnica chiamata trascrittomica spaziale combinata con l’imaging avanzato. Ciò ha permesso loro di vedere quali geni erano attivi in diverse parti del corpo dell’anemone durante la rigenerazione. Ciò che hanno scoperto è stato sorprendente: la lesione ha innescato cambiamenti molecolari sia vicino che lontano dalla ferita. Le cellule si spostano e i tessuti si riorganizzano, rimodellando di fatto l’intero corpo.
È interessante notare che l’entità del rimodellamento del corpo dipendeva dalla gravità della lesione. La perdita di un piede ha causato lievi cambiamenti, mentre il taglio dell’anemone a metà ha portato a un significativo rimodellamento. Il team ha identificato una famiglia di enzimi chiamati metalloproteasi che diventavano più attivi man mano che veniva perso più tessuto. Questi enzimi non funzionavano solo nel sito della ferita; erano attivi in tutto il corpo, aiutando a riallineare i tessuti.
“L’attività della metalloproteasi non è mai stata dimostrata prima in animali come questo”, ha affermato Petrus Steenbergen, uno degli autori principali dello studio e tecnico di ricerca senior dell’Ikmi Group. “Ho dovuto progettare e ottimizzare le condizioni sperimentali per Nematostella sulla base della scarsa letteratura disponibile su altre specie. Ci è voluto del tempo, ma i risultati finali sono stati molto gratificanti.”
La svolta è arrivata quando i ricercatori si sono resi conto che tutti questi cambiamenti miravano a ripristinare la forma originale dell’anemone. Misurando le proporzioni – il rapporto tra lunghezza e larghezza – hanno scoperto che l’anemone è tornato alle sue proporzioni pre-infortunio. Quindi, anche se l’anemone diventava più piccolo dopo un infortunio, manteneva la stessa forma.
“Siamo stati in grado di testimoniare il coordinamento a livello corporeo che guida questo rimodellamento”, ha spiegato Ikmi. “Questa risposta proporzionale consente all’anemone di ripristinare la sua forma, evidenziando come piacciono agli organismi Nematostella interpretare e rispondere alla perdita di tessuto in modo adeguato al danno subito.”
Questa ricerca è stata uno sforzo collaborativo. Il team di Rik Korswagen dell’Istituto Hubrecht nei Paesi Bassi ha contribuito a implementare la trascrittomica spaziale nell’anemone di mare. Il team di Oliver Stegle dell’EMBL Heidelberg e del Centro tedesco per la ricerca sul cancro (DKFZ) ha contribuito con le competenze bioinformatiche e i metodi statistici necessari per gestire i dati spaziali sull’espressione genica.
“È stato un piacere mettere insieme i risultati dello studio unendo le competenze del team nell’analisi dei dati e nella biologia cellulare”, ha affermato Tobias Gerber, un altro degli autori principali dello studio. “Questo lavoro è stato un vero viaggio collaborativo e sono felice di averne fatto parte.”
Guardando al futuro, Ikmi e il suo team sono entusiasti di esplorare nuove domande. “La prossima grande domanda è perché mantenere la forma è così importante”, ha detto Ikmi. “E come fa l’organismo a percepire la propria forma? Come fa a sapere che aspetto ha attualmente?”
Prendendo come modello lo straordinario anemone di mare, sono ansiosi di scoprire nuovi segreti su come gli organismi guariscono e mantengono l’equilibrio.
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