Comprendere la produzione di proteine embrionali
Affinché un embrione si sviluppi correttamente, deve produrre proteine nel momento e nel luogo più appropriati, fattori che vengono determinati dalla traduzione, ovvero la fase finale dell’espressione genica, che a sua volta è il processo attraverso il quale un gene utilizza le proprie informazioni al fine di produrre proteine. Gli scienziati hanno appreso molto sulle altre fasi dell’espressione genica durante lo sviluppo embrionale; ciononostante, le conoscenze sono ben più ridotte per quanto concerne il momento e il luogo in cui le proteine vengano effettivamente prodotte, a causa della difficoltà di misurare la traduzione con una risoluzione spaziale e temporale sufficiente negli embrioni di vertebrati vivi. «Per comprendere appieno il modo in cui si sviluppa un embrione, dobbiamo quindi osservare direttamente la produzione delle proteine», afferma Maëlle Bellec(si apre in una nuova finestra), ricercatrice post-dottorato attiva presso l’Istituto Max Planck per la ricerca sul cuore e sui polmoni(si apre in una nuova finestra). Nell’ambito del progetto LivAdapt, finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), Bellec e i suoi colleghi hanno combinato l’ingegneria genomica con una serie di tecniche di immaginografia e analisi allo scopo di visualizzare direttamente la traduzione in embrioni vivi di pesce zebra(si apre in una nuova finestra). «I nostri risultati danno forma alla possibilità di studiare questo ulteriore livello di regolazione genica direttamente in embrioni di vertebrati vivi», aggiunge Bellec. «Da un punto di vista biologico, ciò fornisce un livello di informazioni mancante che collega l’espressione genica alla produzione proteica e agli esiti dello sviluppo.»
Marcatura con proteine fluorescenti
Il progetto si è concentrato su una molecola specifica, nota come morfogeno, che fornisce alle cellule embrionali i segnali in grado di plasmare la struttura di un organismo. I morfogeni contribuiscono, ad esempio, allo sviluppo del midollo spinale e degli arti, oppure a quello delle ali negli insetti. LivAdapt si è concentrato sul morfogeno BMP2b, che svolge un ruolo chiave nella definizione del piano corporeo durante le prime fasi dello sviluppo. I ricercatori hanno impiegato l’ingegneria genomica al fine di introdurre un marcatore nel gene BMP2b, così da poter etichettare con fluorescenza le proteine nascenti man mano che venivano sintetizzate. A ciò hanno abbinato la microscopia a foglio di luce reticolare in tempo reale, una tecnologia immaginografica all’avanguardia, per visualizzare la sintesi proteica in tutto l’embrione e hanno parallelamente integrato una serie di approcci complementari di imaging e modellizzazione. «Congiuntamente, questi metodi ci hanno permesso di quantificare le dinamiche di traduzione a livello dei singoli mRNA(si apre in una nuova finestra) e delle cellule, rivelando quando, dove e con quale efficienza BMP2b viene tradotto durante lo sviluppo embrionale precoce», spiega Bellec.
Dettagli senza precedenti sulla produzione proteica
Uno dei risultati più importanti ha riguardato il fatto che la traduzione di BMP2b è regolata principalmente in fase di inizio della traduzione, mettendo in evidenza un ulteriore livello di controllo sulla produzione proteica. Il team ha inoltre scoperto che la traduzione di BMP2b può avvenire attraverso molteplici vie, suggerendo che gli embrioni in via di sviluppo possano ricorrere a diverse strategie per garantire la sintesi proteica. «Ci auguriamo che questo lavoro aiuti la comunità scientifica ad acquisire una comprensione più completa delle modalità di sviluppo degli embrioni», osserva Bellec. Al di là di queste intuizioni biologiche, la tecnologia sviluppata nel quadro di LivAdapt può essere adattata allo scopo di studiare altri geni, aggiunge Bellec, consentendo agli scienziati di indagare sul modo in cui la sintesi proteica sia regolata durante i diversi processi di sviluppo.
Implicazioni biomediche di più ampia portata
Secondo quanto suggerito dall’équipe, una migliore comprensione in merito alla regolazione della traduzione potrebbe anche esercitare implicazioni biomediche di più vasta portata. «Molti disturbi dello sviluppo e altre patologie sono associati a difetti nella sintesi proteica o nella sua regolazione», osserva Bellec. «Studiando le modalità di controllo della traduzione nel contesto dello sviluppo normale, il nostro lavoro potrebbe contribuire a fornire un quadro di riferimento per comprendere il modo in cui questi processi vengono alterati in presenza di malattia». Bellec proseguirà la ricerca nell’ambito del suo nuovo incarico a Montpellier, in Francia, sfruttando il potenziale insito nella tecnologia dimostrata nel progetto. «Ora intendo applicarla a una gamma più ampia di geni e processi di sviluppo», afferma, concludendo.
