L’asimmetria è onnipresente negli organismi viventi e svolge ruoli essenziali in tutte le scale biologiche da molecolare a comportamentale (ad es. Polarizzazione dei neuroni, divisione asimmetrica di cellule staminali, posizione degli organi, preferenza delle mani, ecc.). La chiralità è un particolare tipo di asimmetria. Si dice che una molecola o un organo sia chirale se non è sovrapponibile alla sua immagine speculare, come le nostre mani sinistra e destra. Una caratteristica fondamentale dei sistemi biologici risiede nell’uniformità chirale (o omocentrica) dei blocchi costitutivi (L-amminoacidi, D-zuccheri, polimeri chirali incluso DNA, microtubuli, F-actina, ecc.) da cui sono assemblati.
Se asimmetrie macroscopiche (ad esempio, la posizione dell’essere umano il cuore sul lato sinistro del corpo o la manualità del guscio delle lumache) degli organismi viventi sono direttamente correlati alla loro chiralità molecolare rimane una questione aperta. Tale collegamento era suggerito dal “modello della molecola F”, che coinvolge un’ipotetica molecola chirale a forma di F le cui tre braccia orientano le cellule nello spazio e differenziano la sinistra da destra (1). Il verificarsi di asimmetrie su tutte le scale biologiche solleva ulteriormente la domanda della loro origine e modalità di propagazione. In altre parole, un singolo processo di determinazione dell’asimmetria si propaga a livelli più alti o si verificano più processi indipendenti?
Una caratteristica fondamentale dei sistemi biologici è la cosiddetta chiralità dei suoi costituenti fondamentali, ossia il fatto che delle due forme speculari in cui si può presentare una molecola, ne viene sistematicamente usata soltanto una: nel caso degli amminoacidi, per esempio, la forma levogira, o sinistrorsa (che ha la proprietà di ruotare in senso antiorario la luce polarizzata incidente).
Una questione ampiamente dibattuta ma finora mai risolta è se le asimmetrie macroscopiche degli organismi viventi – come la posizione a sinistra del cuore umano o il senso di avvolgimento del guscio delle chiocciole – fossero direttamente legate alla chiralità molecolare.
Fra il 2012 e il 2014, i ricercatori avevano identificato nel moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) il gene di una proteina, la miosina 1D, che sembrava avere un ruolo determinate nello sviluppo dell’asimmetria dell’insetto, uno dei più importanti organismi modello usati dai biologi. Come ciò avvenisse però non era chiaro.
Le miosine sono una classe di proteine che svolgono diverse funzioni all’interno della cellula, concorrendo alla motilità cellulare e degli organelli interni, alla contrazione delle fibre muscolari, fino alla divisione della cellula.
Stéphan Noselli e colleghi hanno scoperto che mettendo a contatto la miosina 1D con una componente del citoscheletro (la “spina dorsale” della cellula), l’actina, questa era indotta a torcersi a spirale.
Inoltre, forzando l’espressione del gene per la miosina 1D in organi del moscerino della frutta normalmente simmetrici, come la trachea, la loro forma si alterava, subendo una torsione. L’effetto si ripercuoteva poi su tutti gli organi interessati, facendo sì che anche il movimento della larva trattata non fosse più lineare ma avesse un andamento elicoidale. Tutte le nuove asimmetrie si sono sviluppate sistematicamente nello stesso senso.
Stranamente, osservano i ricercatori, la miosina 1D sembra essere l’unica proteina in grado di indurre un’asimmetria a tutte le scale, da quello molecolare fino a quello anatomico e comportamentale. Questi risultati suggeriscono dunque anche un possibile meccanismo all’origine dell’improvvisa comparsa di nuove caratteristiche morfologiche nel corso dell’evoluzione.
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