Secondo gli scienziati della Stanford Medicine, una minuscola creatura marina con uno strano stile di vita può fornire preziose informazioni sui disturbi neurodegenerativi umani, come il morbo di Alzheimer.

Botryllus schlosseri, chiamato anche tunicato stellare, è il parente evolutivo più prossimo degli esseri umani tra gli invertebrati nel mare. Attaccato alle rocce lungo la costa, appare come un minuscolo organismo a forma di fiore. I tunicati stellari iniziano la vita come piccole creature simili a girini con due cervelli, che nuotano nell'oceano. Ma alla fine scendono dalla superficie, stabilendosi in una vita stazionaria su una roccia, unendosi a una colonia di altri tunicati.

Quando il tunicato, noto anche come squirt di mare, si adatta al suo nuovo stile di vita da pantofolaio, perde potenza cerebrale:uno dei due cervelli, il suo uso per la navigazione in mare ormai obsoleto, inizia a dissolversi. Il modo in cui il cervello dell'invertebrato degenera e scompare ha importanti parallelismi con il modo in cui il cervello degenera nei disturbi neurali umani, ha affermato Irving Weissman, MD, direttore dell'Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine.

In un articolo pubblicato l'11 luglio negli Proceedings of the National Academy of Sciences , Weissman e i suoi colleghi hanno dimostrato che molti dei geni associati alla neurodegenerazione in Botryllus hanno analoghi ai geni associati alla neurodegenerazione negli esseri umani. Inoltre, hanno affermato i ricercatori, i cambiamenti genetici che si accumulano nel corso di decenni nelle colonie di Botryllus influiscono sulla neurodegenerazione in molti degli stessi modi in cui i cambiamenti genetici legati all'età influenzano la neurodegenerazione nelle persone anziane.

Weissman e altri scienziati pensano che Botryllus sia il rappresentante moderno dell'inizio del ramo vertebrato dell'albero della vita. Ogni animale con una spina dorsale, pensano, si sia evoluto per primo da questo minuscolo tunicato marino.

"Sebbene il percorso che ha portato agli umani si sia diviso molto indietro nel tempo, le cose essenziali potrebbero rimanere le stesse", ha detto Weissman, che è Virginia e D.K. Ludwig Professor in Clinical Investigation in Cancer Research, ed è l'autore co-senior dell'articolo con la scienziata Ayelet Voskoboynik, Ph.D., che sta conducendo studi su questo organismo marino presso la Hopkins Marine Station di Stanford a Pacific Grove. La borsista post-dottorato Chiara Anselmi, Ph.D., è la prima autrice dell'articolo.

Tracciare parallelismi

Il ciclo di vita di Botryllus offre molti vantaggi come organismo modello per gli studi sulla neurodegenerazione:ogni settimana, ogni organismo di Botryllus in una colonia si riproduce in modo asessuato, producendo da due a quattro gemme che diventano nuovi organismi. Ogni gemma completa il suo sviluppo entro due settimane, vive da adulta per una settimana, quindi si deteriora e muore l'ultimo giorno della terza settimana.

I ricercatori inizialmente pensavano che il numero dei neuroni di Botryllus sarebbe rimasto stabile durante la maggior parte dell'ultima settimana del suo stadio adulto, ha detto Anselmi. Ma non è quello che hanno visto. "C'è un modello specifico di degenerazione neurale", ha detto. "Su circa 1.000 geni coinvolti nella degenerazione neurale, abbiamo scoperto che 428 sono geni condivisi dagli esseri umani e dal Botryllus."

Oltre al loro rapido ciclo di vita, Botryllus offre un altro vantaggio come modello di ricerca:sembra accumulare mutazioni nei suoi geni in modo simile agli esseri umani. Le colonie di Botryllus in questo studio esistono da più di 20 anni. Poiché gli organismi nella colonia si riproducono asessualmente attraverso un processo mediato dalle cellule staminali, le loro cellule staminali sono le uniche cellule nelle colonie che vengono mantenute nel corso degli anni e molto probabilmente accumulano difetti nel tempo allo stesso modo dei geni umani.

Cellule staminali più vecchie, cervelli più piccoli

Le persone anziane sviluppano malattie neurodegenerative più spesso dei giovani e le cellule staminali neurali umane sono meno attive quando sono più anziane, rispetto a quando sono giovani. Un modello simile si osserva nelle colonie di Botryllus invecchiate.

"Qualcosa accade alle cellule staminali della colonia lungo il percorso e, dopo 20 anni, non possono rigenerarsi come facevano quando erano giovani", ha detto Voskoboynik. "C'è una riduzione dei neuroni di quasi il 30% nei singoli cervelli nella colonia invecchiata e, anche al culmine dello sviluppo neurale, le colonie più vecchie non possono eguagliare la generazione neurale delle colonie giovani. È sorprendente che in un invertebrato tu può vedere gli stessi cambiamenti nei geni da giovani a vecchi che si vedono negli esseri umani che invecchiano."

Inoltre, i tunicati nelle colonie che invecchiano condividono una somiglianza molecolare con le persone che hanno il morbo di Alzheimer, la malattia neurodegenerativa che colpisce di solito negli ultimi decenni di vita, ha detto Voskoboynik. Uno dei tratti distintivi dell'Alzheimer è l'accumulo di placche amiloidi, che si creano quando le proteine ​​precursori dell'amiloide (APP) si aggregano. "Quando gli individui nelle colonie invecchiate attraversano quel ciclo asessuale, non solo producono molti meno neuroni, ma quei neuroni hanno molta APP", ha detto Weissman.

Poiché nessuno conosce la causa del morbo di Alzheimer o il significato delle placche amiloidi nei neuroni, i ricercatori sperano che Botryllus possa essere una potente piattaforma per lo studio della malattia.

"Possiamo facilmente creare 250 figli ogni settimana e studiare vari aspetti del loro sviluppo neurale e degenerazione. Ad esempio, possiamo bloccare percorsi specifici che potrebbero portare all'accumulo di amiloide o ad altri aspetti della neurodegenerazione dell'Alzheimer", ha affermato Weissman.