Nervous system differentiation in the colonial ascidian Botryllus schlosseri: molecular and cellular aspects and evolutive implications

Negli ultimi anni numerosi studi si sono rivolti all’approfondimento di quei meccanismi che hanno permesso la comparsa ed evoluzione di strutture ritenute di estrema importanza nella radiazione dei vertebrati. La comparsa dei vertebrati è stata accompagnata da un enorme balzo nella complessità del piano strutturale degli organismi, largamente ascrivibile all’evoluzione di strutture associate al sistema nervoso come le creste neurali, i placodi craniali ed un cervello elaborato. La tematica trattata durante lo svolgimento del progetto di dottorato si inserisce in questa attuale linea di ricerca. In particolare, l’attenzione è stata rivolta a quei caratteri che nei cordati non-vertebrati possono essere letti come cruciali per la successiva evoluzione del piano strutturale dei vertebrati. Il punto di partenza è rappresentato da precedenti studi morfologici che hanno evidenziato la presenza, nell’embrione dei tunicati, di territori ectodermici transitori e multipotenti localizzati al confine con la piastra neurale. Il nostro studio, svolto mediante l'utilizzo di vari approcci metodologici, si è rivolto alla caratterizzazione e descrizione delle strutture che queste aree sono in grado di differenziare. A questo proposito, è stata analizzata l’organizzazione delle papille larvali e la loro formazione a partire dal placode rostrale. Queste strutture giocano un ruolo primario nell’innescare i meccanismi e i cambiamenti che caratterizzano la metamorfosi, ovvero quel processo che nelle ascidie segna la perdita del piano corporeo da cordato della larva e il passaggio alla fase post-embrionale sessile. L’analisi riguardante strutture sensoriali presenti nelle ascidie, allo scopo di identificare eventuali omologie con le corrispondenti strutture derivanti dai placodi nei vertebrati, è stata poi estesa all’organo coronale. L’organo coronale è stato scoperto solo recentemente e presenta caratteristiche morfologiche generali, posizionali e ultrastrutturali tali, come la presenza di cellule capellute, che lo rendono comparabile alla linea laterale ed all’orecchio interno dei vertebrati, i cui componenti derivano dai placodi acustico-laterali. Una parte consistente del lavoro è stata dedicata all’indagine, da un punto di vista molecolare, della presenza di strutture accomunabile ai placodi neurali nelle ascidie. L’attenzione è stata rivolta all’ascidia coloniale Botryllus schlosseri, che permette di svolgere uno studio comparativo sui meccanismi e reti geniche che intervengono sia durante lo sviluppo embriogenetico che blastogenetico. Abbiamo caratterizzato specifici geni e prodotto sonde utilizzate in esperimenti di ibridazione in situ. Durante le fasi di differenziamento della gemma sono stati individuati specifici territori caratterizzati da espressione di alcuni geni normalmente coinvolti nell’induzione e specificazione placodale nei vertebrati. Grazie alla loro posizione e potenzialità differenziativa, queste stesse regioni sono apparse confrontabili con altri territori embrionali di B. schlosseri e di altre ascidie considerati omologhi a placodi neurali dei vertebrati. La larva delle ascidie presenta una muscolatura simmetrica striata, con caratteri comuni a quella dei vertebrati, la quale fiancheggia il tubo dorsale e la notocorda e che rappresenta una proprietà peculiare dei cordati. L’acquisizione di questo nuovo sistema locomotorio ha verosimilmente richiesto la comparsa parallela di un sofisticato sistema di controllo della coordinazione. Il sistema nervoso ha stabilito nuove interazioni e differenziato strutture sensoriali che hanno permesso all’organismo mobile la rapida percezione dell’ambiente circostante. Alla metamorfosi, la muscolatura larvale viene completamente riassorbita, mentre le fibre muscolari non striate della parete del corpo e quelle cardiache si differenziano de novo da cellule mesenchimali circolanti. Questa plasticità sta alla base della potenzialità evolutiva delle ascidie e quindi ne abbiamo indagato le basi molecolari e morfologiche. Abbiamo quindi isolato e caratterizzato trascritti e geni muscolo-specifici, studiandone l’espressione durante il ciclo blastogenetico di Botryllus, dalla comparsa della gemma alla regressione dell’adulto. L ’utilizzo di vari approcci ha permesso la descrizione dell’organizzazione e differenziamento della muscolatura non striata, confermandone le caratteristiche uniche. Nel complesso i diversi risultati rappresentano contributi significativi per la conoscenza delle origini e sviluppo quelle strutture che hanno rappresentato un punto di partenza importante nell’evoluzione e radiazione dei vertebrati.