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I topolini clonati delle Hawaii BIOLOGIA SPERIMENTALE I topolini clonati delle Hawaii Verso la comprensione dei meccanismi molecolari ■ A storia dell'embriologia è I ricca di grandi scoperte demm rivanti dalla capacità dei ricercatori di ideare nuovi approcci sperimentali ed inventare nuove tecniche e nuovi strumenti che, ci permettono di meglio comprendere le meraviglie della Natura quali la formazione di un nuovo individuo attraverso lo sviluppo embrionale. La complessità degli eventi che regolano le primissime fasi dello sviluppo embrionale e che hanno inizio con la fecondazione è a tutt'oggi sconosciuta. La fecondazione ha inizio con la fusione tra la cellula germinale femminile (cellula uovo) e quella maschile (spermatozoo) a formare lo zigote. Lo zigote è la prima cellula del nuovo individuo che inizia a dividersi in due cellule, poi quattro, otto, sedici, trentadue e così via fino al completo sviluppo del nuovo individuo. Durante la moltiplicazione cellulare le cellule si differenziano a formare i diversi organi e strutture che compongono l'intero corpo. I biologi hanno sempre pensato che, successivamente alla differenziazione, il materiale genetico della cellula adulta, il Dna, non fosse più in grado di ripercorrere a ritroso il percorso fino a raggiungere lo stato indifferenziato che aveva inizialmente nello zigote. Gli esperimenti che porteranno alla clonazione di anfibi prima e di mammiferi poi, dimostreranno invece la possibilità di riprogrammare l'informazione genetica di una cellula somatica quando il nucleo di questa viene trasferito all'interno di una cellula uovo. Il primo di questi esperimenti fu eseguito da John Gurdon (Università di Cambridge, UK) il quale alla fine degli Anni 60 dimostrò come il nucleo di una cellula intestinale di rana adulta trasferito all'interno di una cellula uovo fosse in grado di modificare il proprio programma genetico e di assumerne uno del tutto nuovo che permetteva lo sviluppo dell'embrione fino all'individuo adulto. Solo trent'anni dopo, la nascita della pecora Dolly (Nature 385: 810-813, 1997), ad opera del gruppo di ricerca scozzese diretto da Ian Wilmut, aveva dimo¬ strato che anche nei mammiferi il Dna poteva essere riprogrammato. Dolly era però l'unico individuo nato dopo quasi trecento tentativi e nessun altro ricercatore (nemmeno lo stesso gruppo scozzese) riuscì a ripetere l'esperimento. Il mammifero meglio conosciuto per gli studi di genetica, biologia della riproduzione e dello sviluppo è sicuramente il topolino. Per questo motivo una ricerca recentemente pubblicata sulla rivista Nature [Nature 394: 369-374, 1998) rappresenta un enorme passo in avanti perché conferma definitivamente le potenzialità della cellula uovo di mammifero di eliminare il programma genetico della cellula somatica trasferita, per sostituirlo con un nuovo programma necessario allo sviluppo embrionale. Dimostra anche che il programma genetico di una cellula somatica può essere modificato, così da «far dimenticare» le informazioni che lo hanno portato alla sua forma-funzione definitive, e riprogrammato per seguire un nuovo destino differenziativo. A questa ricerca hanno contribuito le sinergie di un team internazionale di ricercatori di Università degli Stati Uniti, Giappone, Gran Bretagna ed Italia. Per l'Italia ha partecipato l'autore di questo articolo come membro del Laboratorio di Biologia dello Sviluppo dell'Università degli Studi di Pavia (diretto da Carlo Alberto Redi e di cui fa parte Silvia Garagna, ricordate i topolini di Seveso? vedi «La Stampa» 3 dicembre 1997). Questo team di ricercatori ha lavo¬ rato nel laboratorio di Ryuzo Yanagimachi all'Università delle Hawaii, dove sono nati i topolini clonati. Non è un caso che queste ricerche siano avvenute nel laboratorio di Yanagimachi. L'approccio tipico della biologia sperimentale che questo grande ricercatore ha sempre avuto gli permise già negli Anni 60 di mettere a punto le tecniche necessarie alla fecondazione in vitro nei mammiferi che tanta rilevanza hanno avuto ed hanno in campo medico e zootecnico. Le scoperte fatte da Yanagimachi nell'ambito della biologia della riproduzione, la sua ingegnosità e le molte conoscenze acquisite anche contro ogni apparente evidenza, gli hanno valso il conferimento nel 1996 del Premio Internazionale per la Biologia. Nell'esperimento descritto su Nature, questo gruppo di ricercatori ha eliminato il materiale genetico presente in una cellula uovo di topo (ad es.: da topoline con pelo grigio) e l'ha sostituito con quello di cellule follicolari (ad es.: da topoline con pelo nero); cellule queste che circondano la cellula uovo successivamente alla sua ovulazione (vedi figura). Le cellule follicolari sono terminalmente differenziate, hanno cioè terminato la lunga via che le porta alla acquisizione della loro forma e funzione definitive. La cellula uovo con il nuovo nucleo della cellula follicolare è stata poi trasferita in una soluzione in grado di attivarne lo sviluppo embrionale fino allo stadio dei blastocisti (stadio dello sviluppo che precede l'impianto dell'embrione sulla parete dell'utero). Le blastocisti così formate sono state trasferite nell'utero di una topolina (con pelo bianco) e dopo circa 20 giorni è avvenuta la nascita delle topoline clonate, tutte con il pelo nero! L'ottenimento di topolini clonati permetterà un enorme pas¬ so in avanti nella comprensione dei meccanismi molecolari che regolano le prime fasi dello sviluppo dell'embrione di mammifero. E' questo infatti un modello di studio che permetterà di capire come una cellula uovo sia in grado di eliminare il programma genetico esistente nel Dna della cellula somatica (ad es.: follicolare) e di ricostruire un nuovo programma che sarà in grado di iniziare e completare lo sviluppo embrionale. Fenomeni simili di azzeramento parziale o completo della «memoria» genetica di una cellula sono noti nel caso di alcuni tumori, cioè quando una cellula perde quelle che sono le proprie caratteristiche per svilupparsi in un altro tipo cellulare. La cellula uovo è straordinaria nelle sue capacità di riprogrammare il Dna della cellula somatica che è stato introdotto al suo interno. Essa è chiaramente in grado di guidare la successiva programmazione del Dna della cellula somatica verso un destino differenziativo che è quello caratteristico dello svi¬ luppo embrionale. La scoperta che anche nei mammiferi la differenziazione cellulare non è un processo terminale, ma può essere modificato, apre enormi possibilità sia nell'ambito della ricerca di base che in quella biomedica e farmacologica. Quando avremo capito nei dettagli come sia possibile riprogrammare l'informazione genetica di una cellula somatica (e questo richiederà ancora molti anni di ricerca), avremo in mano le conoscenze e gli strumenti che ci permetteranno di ripercorrere, passo per passo, gli eventi che portano alle trasformazioni tumorali, di individuarne i meccanismi molecolari che li presiedono e guidano. Potrebbe quindi diventare possibile un intervento terapeutico in grado di riprogrammare le cellule tumorali e farle «rientrare» nel sentiero differenziativo che avevano ormai perso. E' proprio in questa direzione che gli sforzi del Laboratorio di Biologia dello Sviluppo dell'Università di Pavia saranno indirizzati nei prossimi anni. L'evoluzione degli esperimenti permetterà anche di ripercorrere e contrastare gli eventi che portano alle trasformazioni tumorali tribuito le sinergie di un team internazionale di ricercatori di Università degli Stati Uniti, Giappone, Gran Bretagna ed Italia. Per l'Italia ha partecipato l'autore di questo articolo come membro del Laboratorio di Biologia dello Sviluppo dell'Università degli Studi di Pavia (diretto da Carlo Alberto Redi e di cui fa parte Silvia Garagna, ricordate i topolini di Seveso? vedi «La Stampa» 3 dicembre 1997). Questo team di ricercatori ha lavo¬ permetterà anche di ripercorrere e contrastare gli eventi che portano alle trasformazioni tumorali Università degli Studi di Pavia Maurizio Zuccotti Laboratorio Biologia dello Sviluppo Università degli Studi di Pavia