I ricercatori della North Carolina State University hanno scoperto che la diffusione svolge un ruolo inaspettato nella differenziazione cellulare durante le prime fasi dello sviluppo negli embrioni di Drosophila, o moscerini della frutta. Invece di diffondere un segnale molecolare, si è riscontrato che la diffusione, facilitato da una molecola veicolante, concentra effettivamente il segnale in un punto. Questo meccanismo di "diffusione facilitata" è stato precedentemente trovato in altri sistemi, e la nuova scoperta indica che potrebbe essere più diffuso di quanto si pensasse in precedenza.

Lo sviluppo della Drosophila avviene rapidamente, con solo 24 ore che passano dal momento della fecondazione fino a quando una larva emerge dall'uovo. Per questo studio, i ricercatori si sono concentrati su una finestra di sviluppo di due ore, dall'inizio della seconda ora alla fine della terza ora. All'inizio di questa fase, l'embrione è costituito da una grande cellula, con circa 500 nuclei che circondano il tuorlo. Alla fine della terza ora, l'embrione è composto da circa 8, 000 cellule nucleate – che ancora circondano il tuorlo.

"Questi 8, 000 cellule stanno iniziando a differenziarsi:alcune stanno diventando neuroni mentre altre saranno cellule della pelle, e così via, "dice Greg Reeves, un assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NC State e corrispondente autore di un articolo sul lavoro. "Quello che abbiamo osservato è come l'embrione in via di sviluppo invia segnali a tutte queste cellule in modo che sappiano differenziarsi".

Durante le prime fasi dello sviluppo, gli embrioni trasmettono segnali alle cellule lungo due gradienti sostanzialmente latitudinali e longitudinali. La combinazione di entrambi i segnali dice alle cellule in cosa si svilupperanno. In discussione in questo articolo sono i segnali del gradiente dorsale, che sono fattori di trascrizione. I fattori di trascrizione sono proteine ​​che si legano al DNA in un nucleo e regolano l'espressione genica. Poiché i nuclei in questa fase di sviluppo non sono separati dalle pareti cellulari, queste proteine ​​dorsali possono spostarsi facilmente da un posto all'altro lungo la periferia dell'embrione.

Ma queste proteine ​​dorsali sono mantenute inattive da una proteina inibitoria chiamata Cactus, che si lega a Dorsale – formando un complesso Dorsale-Cactus che non può entrare in un nucleo.

Per svolgere il proprio lavoro, Le proteine ​​dorsali si basano sulle proteine ​​Toll, che innescano una cascata che alla fine degrada Cactus, liberando le proteine ​​dorsali per entrare in un nucleo e legarsi al DNA. E Toll proteine, a sua volta, iniziano a fare il loro lavoro solo lungo il lato ventrale dell'embrione.

Quella descrizione è stata la spiegazione di vecchia data di come funziona questo processo, ma Reeves e il suo team hanno ora dimostrato che c'è di più.

In questo caso, i ricercatori hanno scoperto che la diffusione svolge un ruolo chiave, ma non necessariamente il ruolo che si aspettavano.

"Generalmente, il segnale parte da un punto, poi si diffonde per creare il gradiente, "Spiega Reeves. "Quello che succede qui è essenzialmente l'opposto di quello".

Nello specifico, mentre Toll degrada il Cactus, permettendo a Dorsal di entrare nei nuclei, crea uno squilibrio:ci sono più complessi Dorsale-Cactus su un lato dell'embrione che sull'altro. Ciò porta ulteriori complessi Dorsal-Cactus a migrare verso il lato ventrale – tramite diffusione – nel tentativo di ristabilire l'equilibrio.

"L'effetto netto del processo è che più Dorsali si depositano sul lato ventrale, " dice Reeves. "Il cactus non è solo un inibitore, come pensavamo in precedenza, funge anche da vettore.

"Il vantaggio di questo meccanismo di diffusione facilitata è che amplifica efficacemente il segnale dalle proteine ​​dorsali, " dice Reves.

E negli embrioni con carenza di proteine ​​dorsali, il meccanismo concentra anche Dorsale nell'area in cui è più importante, aumentando la probabilità che l'embrione sia vitale.

"Questo meccanismo di diffusione è stato precedentemente trovato nelle rane e in altri sistemi indipendenti, " Reeves dice. "Quindi trovarlo qui suggerisce che potrebbe essere più diffuso di quanto pensassimo. E se è prevalente in natura, che può indicare un'efficienza che potrebbe informare lo sviluppo di tecniche che potrebbero essere utilizzate per applicazioni come la somministrazione di farmaci. sarebbe molto lontano, ma vale la pena approfondire".

La carta, "Un meccanismo di diffusione facilitata stabilisce il gradiente di Drosophila Dorsal, " è pubblicato sulla rivista Sviluppo .