Quando gli umani persero la coda

Un cambiamento nel codice genetico può spiegare come gli antenati deli esseri umani abbiano perso la coda

[1 Marzo 2024]

Secondo lo studio “On the genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes”, pubblicato su Nature da un team di ricercatori guidato dalla della Grossman School of Medicine della New York University, «Il cambiamento genetico nei nostri antichi antenati potrebbe in parte spiegare perché gli esseri umani non hanno la coda come le scimmie».

Lo studio ha confrontato il DNA degli esseri umani e delle grandi scimmie senza coda con quello delle scimmie con la coda e ha scoperto «Un inserimento di DNA condiviso dalle grandi scimmie e dagli esseri umani ma mancante nelle scimmie». Quando il team di ricerca ha testato l’inserimento di un gene chiamato TBXT  in una serie di topi di laboratorio per esaminare se influenzasse le loro code, ha scoperto una varietà di effetti sulle code, compresi alcuni topi nati senza coda.

L’autore principale dello studio Bo Xia, dell’Institute for Computational Medicine e dell’Institute for Systems Genetics della NYU Langone Health, del Gene Regulation Observatory del Broad Institute di MIT e Harvard e society of fellows all’ Harvard University, ha detto che «Il nostro studio inizia a spiegare come l’evoluzione abbia rimosso le nostre code, una domanda che mi ha incuriosito fin da quando ero giovane».

Studi e ricerche precedenti avevano collegato più di 100 geni allo sviluppo della coda in varie specie di vertebrati e gli autori del nuovo studio hanno ipotizzato che «La perdita della coda sia avvenuta attraverso cambiamenti nel codice del DNA (mutazioni) di uno o più di essi. Sorprendentemente,  il nuovo studio ha scoperto che le differenze nelle code non derivavano da mutazioni di TBXT ma piuttosto dall’inserimento di un frammento di DNA chiamato AluY nel codice regolatore del gene negli antenati delle scimmie e degli esseri umani».

Alla NYU Langone Health spiegano che «La nuova scoperta deriva dal processo attraverso il quale le istruzioni genetiche vengono convertite in proteine, le molecole che compongono le strutture e i segnali del corpo. Il DNA viene “letto” e convertito in un materiale correlato nell’RNA e, infine, nell’RNA messaggero maturo (mRNA), che produce proteine. In un passaggio chiave che produce l’mRNA, le sezioni “distanziatrici” chiamate introni vengono tagliate fuori dal codice, ma prima che ciò accada guidano la cucitura insieme (splicing) solo delle sezioni di DNA, chiamate esoni, che codificano le istruzioni finali. Inoltre, i genomi degli animali vertebrati si sono evoluti per presentare splicing alternativo, in cui un singolo gene può codificare più di una proteina tralasciando o aggiungendo sequenze di esoni. Al di là dello splicing, il genoma umano è diventato ancora più complesso evolvendosi fino a includere “innumerevoli” interruttori, parte della “ materia oscura ” poco compresa che attiva i geni a diversi livelli in diversi tipi di cellule. Altri lavori ancora hanno dimostrato che metà di questa “materia oscura” non genetica nel genoma umano, che si trova sia tra i geni che all’interno degli introni, è costituita da sequenze di DNA altamente ripetute. Inoltre, la maggior parte di queste ripetizioni sono costituite da retrotrasposoni, chiamati anche “geni saltatori” o “elementi mobili”, che possono muoversi e inserirsi ripetutamente e in modo casuale nel codice umano».

Mettendo insieme questi dettagli, il nuovo sorprendente studio ha scoperto che l’inserimento del trasposone AluY, che influenzava la lunghezza della coda, era avvenuto casualmente all’interno del codice TBXT . I ricercatori spiegano ancora: «Sebbene non abbia modificato una porzione codificante, l’inserimento dell’introne ha influenzato lo splicing alternativo, qualcosa di mai visto prima, determinando una varietà di lunghezze della coda».

Xia ha scoperto che <Un’inserzione AluY che rimaneva nella stessa posizione all’interno del gene TBXT negli esseri umani e nelle grandi scimmie ha portato alla produzione di due forme di RNA TBXT«.  E i ricercatori teorizzano che «Uno di questiha contribuito direttamente alla perdita della coda».

Un altro autore dello studio, Jeff Boeke, direttore dell’Institute for Systems Genetics e professore al Department of Biochemistry and Molecular Pharmacology alla NYU Langone Health, evidenzia che «Questa scoperta è notevole, perché la maggior parte degli introni umani trasportano copie di DNA ripetitive e saltanti senza alcun effetto sull’espressione genetica, ma questo particolare inserimento di AluY ha fatto qualcosa di evidente come determinare la lunghezza della coda».

Gli autori dello studio ritengono che «La perdita della coda nel gruppo di primati che comprende gorilla, scimpanzé e esseri umani sarebbe avvenuta circa 25 milioni di anni fa, quando il gruppo si è evoluto dalle scimmie del Vecchio Mondo, hanno detto gli autori. In seguito a questa scissione evolutiva, il gruppo di scimmie che comprende gli esseri umani attuali ha sviluppato la formazione di un minor numero di vertebre della coda, dando origine al coccige».

Sebbene la ragione della perdita della coda sia incerta, alcuni esperti suggeriscono che potrebbe essere un adattamento alla vita sul terreno rispetto a quella sugli alberi. I ricercatori fanno notare che «Qualsiasi vantaggio derivante dalla perdita della coda è stato probabilmente potente, perché potrebbe essersi verificato nonostante avesse un costo. I geni spesso influenzano più di una funzione nel corpo, quindi i cambiamenti che apportano un vantaggio in un luogo possono essere dannosi altrove».

Nello specifico, con l’inserimento in studio del gene TBXT , il team di ricerca ha riscontrato un piccolo aumento dei difetti del tubo neurale nei topi.

Itai Yanai, dell’Institute for Systems Genetics e professore al the Department of Biochemistry and Molecular Pharmacology e del Department of Biomedical Engineering alla NYU Langone Health, conclude: «Gli esperimenti futuri metteranno alla prova la teoria secondo cui, in un antico compromesso evolutivo, la perdita della coda negli esseri umani ha contribuito ai difetti congeniti del tubo neurale, come quelli coinvolti nella spina bifida, che si osservano oggi in un neonato umano su mille».