Come un filo di perle, la colonna vertebrale è costituita da una serie di vertebre simili. Un cosiddetto orologio di segmentazione crea questa disposizione ripetitiva negli embrioni in via di sviluppo:ogni volta che l'orologio ticchetta, inizia a formarsi una vertebra.
In un articolo pubblicato il 21 settembre in Cellula , Il professore di genetica della Harvard Medical School Olivier Pourquié, il cui laboratorio ha scoperto l'orologio di segmentazione 20 anni fa, e colleghi riferiscono di aver usato cellule di topo per ricostituire per la prima volta una versione stabile di questo meccanismo in una capsula di Petri, portando a diverse nuove scoperte su dove si trova l'orologio, cosa lo fa ticchettare e come prende forma la colonna vertebrale.
Le intuizioni del team non solo illuminano il normale sviluppo dei vertebrati, ma potrebbero anche portare a una migliore comprensione dei difetti spinali umani come la scoliosi, disse Pourquié, che è anche Frank Burr Mallory Professor of Pathology della Harvard Medical School al Brigham and Women's Hospital e membro principale della facoltà dell'Harvard Stem Cell Institute.
I ricercatori hanno scoperto che l'orologio di segmentazione giace quiescente nelle singole cellule embrionali che danno origine alle vertebre, quindi fa clic su tutto in una volta, collettivamente, quando le cellule raggiungono una massa critica.
I ricercatori hanno inoltre scoperto che l'orologio è controllato da due segnali, Notch e Yap, inviati e ricevuti da queste cellule.
Da solo, hanno trovato, Notch avvia il ticchettio dell'orologio innescando oscillazioni cellulari che rilasciano istruzioni per costruire strutture che alla fine diventeranno vertebre. Ma Notch non è l'unico segnale in città.
Si scopre che il chatter Yap delle cellule determina la quantità di Notch necessaria per attivare l'orologio di segmentazione. Se Yap è molto basso, quindi l'orologio funziona da solo. Se i livelli di Yap sono "medi, " ha detto Pourquié, quindi è necessario Notch per avviare l'orologio. E se i livelli di Yap sono alti, anche un sacco di Notch non convincerà il tempo a ticchettare. Gli scienziati chiamano questa soglia di eccitabilità.
"Se stimoli un po' il sistema, non succede niente. Ma se lo stimoli un po' di più e oltrepassi la soglia, allora il sistema ha una risposta molto forte, " ha spiegato Pourquié.
I ricercatori teorizzano che l'orologio di segmentazione funziona come altri sistemi biologici eccitabili che richiedono il raggiungimento di determinate soglie prima di innescare un'azione, come l'attivazione dei neuroni e le onde di calcio che viaggiano attraverso le cellule del cuore.
"Ci sono probabilmente somiglianze nei circuiti sottostanti, " disse Pourquié.
I ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che potevano fermare e riavviare l'orologio di segmentazione in diversi modi:fisicamente, separando e riaggregando le cellule, e chimicamente, con un farmaco che blocca Yap.
"Per molti anni, abbiamo cercato di capire il meccanismo alla base di queste oscillazioni, " ha detto Pourquié. "Ora abbiamo un ottimo quadro teorico per capire cosa li genera e per aiutarci a fare e testare più ipotesi".
