Il ruolo dei geni omeotici nello sviluppo e nelle mutazioni della drosofila

Cosa sono il differenziamento e le mutazioni nella drosofila?

Negli eucarioti, il differenziamento degli eucaristia deriva dall’attivazione o dalla disattivazione dei geni (ricordiamo che devono essere attivati o disattivati e dipendono dalle situazioni, dal contesto ambientale interno e/o esterno). I meccanismi di differenziamento vengono studiati in un piccolo organismo, denominato drosofila melagonaster e in alcuni mutanti della drosofila. Per mutanti si intendono delle drosofile che hanno subito delle mutazioni e che presentano delle caratteristiche differenti rispetto alla norma. Tra questi mutanti, è stata studiata una in particolare, chiamata antennapedia (drofofila che ha l’antennopedia). Sono stati studiati anche altri mutanti, ma il più importante rimane questo.

Struttura corporea della drosofila

Come tutti gli insetti, il corpo della drosofila è divisa in tre parti: capo, torace e addome. Nella testa della drosofila (ma così come in tutti gli insetti), troviamo le antenne che sono degli organi di senso. Nella drosofila mutante troviamo le zampe nella testa (attaccato nel segmento toracico). Quindi le sei zampe le troviamo nella testa.

Sviluppo embrionale e geni omeotici

Perché accade tutto questo?

Diciamo che l’espressione genica, durante lo sviluppo embrionale, segue tappe diverse che portano allo sviluppo antero-posteriore dell’animale (prima cosa che si forma, perché non è altro che la formazione del capo e della parte finale del corpo perché essendo un animale bilaterale il primo sviluppo fondamentale è la cefalizzazione cioè la formazione della testa). Oltre l’asse antero-posteriore nell’animale svilupperà l’asse dorsale-dentrale e l’asse desto-sinistro, in modo da identificare nell’animale la testa (asse intero-posteriore), successivamente il dorso e il ventre e infine la parte destra e sinistra del cuore.

La seconda cosa che deve accadere durante lo sviluppo embrionale è la formazione dei segmenti corporei perché il corpo dell’animale è metamerico cioè si ripete nel corpo e nell’addome e infine l’attivazione dei geni omeotodici.

L’asse antero-posteriore

Formazione dell'asse antero-posteriore

L’asse antero-posteriore è stabilita dai geni della cellula uovo prima che avvenga la fecondazione. Quindi l’uovo ha già prestabilito quale deve essere l’asse antero-posteriore. Successivamente poi entreranno altri geni che servono per la formazione degli altri assi.

Vediamo cosa avviene nella formazione antero-posteriore. Notiamo che la cellula uovo è circondata dalle follicolari che la nutrono, la proteggono e così via. La cellula uovo comincia a far attivare dei geni con realizzazione di una proteina, che in questo caso interagisce con le cellule follicolari. La cellula uovo manda dei segnali tramite le proteine alle cellule follicolari. Il risultato è la formazione di m-RNA che si vanno a localizzare nella parte anteriore della cellula con conseguente formazione della testa dell’insetto.

Avvenuta la fecondazione ed è stato deposto, si forma lo zigote quando l’uovo viene fecondato e per mitosi si forma l’embrione. L’embrione, durante lo sviluppo embrionale, si forma una serie di cascata degli ormoni, che si spostano da una cellula all’altra osservando dei gradienti di concentrazione, cioè che non ha un livello uguale ma ha dei valori differenti, (nella testa si trova la maggior parte cioè dove si trova l’m-RNA, poi man mano diminuiscono nella parte posteriore del corpo) ed è proprio questo gradiente di concentrazione a determinare i segmenti corporei.

Nella terza fase abbiamo la formazione dei geni omeotici, che attraversano anche loro attraversano una valanga” di proteine e controllano tutto ciò che succede a destra e a sinistra dei segmenti corporei. Controllano quindi tutte le strutture. I segmenti omeotici determinano la fuoriuscita delle antenne, delle zampe e della testa.

Mutazioni e conseguenze nella drosofila

Gli studiosi sanno, tramite gli esperimenti che hanno fatto nella drosofila normale e nella drosofila mutante, che la perdita dei geni omeotici per mutazione determina la comparsa di appendici in parti anomali. La mutazione più vistosa è l’antennopedia, tuttavia si possono formare altri tipi di mutazioni con formazione di un paio di ali in più o la formazione di appendici nel torace (quando in realtà non troviamo nessun appendice).

I biologi hanno appreso che questa mutazione della drosofila è dovuta alle mutazioni dei geni ometici.

Lo sviluppo embrionale è dovuta dall’espressione genica, cioè dall’attivazione e la disattivazione dei geni, con conseguente problema se vi sono dei geni mutanti, con risultati di malattie, cancro, tumori e così via… Su questo sta lavorando la biologia molecolare: l’attivazione o la disattivazione dei geni oppure le mutazioni dei geni.