Approcci genetici al metabolismo del ferro durante lo sviluppo embrionale dei pesci: studio dei geni soul/heme binding protein in Danio rerio

In questo lavoro si sono studiati alcuni aspetti dei processi genetici coinvolti nel metabolismo del ferro durante lo sviluppo embrionale dei vertebrati. L'interesse per il metabolismo del ferro ਠgiustificato nel ruolo anti-ossidativo di questo ione metallo in diversi processi biologici. In particolare il ferro controlla la disponibilità  di ossigeno nella muscolatura tramite il suo ruolo nei processi di differenziamento del sangue. Questo ਠun aspetto importante nel settore dell' acquicoltura, dove la composizione muscolare e l'accumulo di grasso sono aspetti essenziali per garantire la qualità  economica del prodotto allevato. L'attenzione ਠstata rivolta verso una particolare famiglia di geni heme binding protein (hbp) detti soul. Lo scopo ਠconsistito nella caratterizzazione dei due geni ortologhi soul/hbp nel pesce Danio rerio Dal confronto delle sequenze aminoacidiche dei geni studiati con gli omologhi di topo (gruppo di Taketani) e di pollo (gruppo di Zylka), emerge che i geni da noi clonati appartengono alla famiglia soul, come testimoniato dalla presenza di domini amminoacidici caratteristici. L'analisi bioinformatica del genoma di altre specie conferma l'elevato grado di conservazione di questi geni, presenti in tutti gli organismi viventi presi in esame, a sostegno di un ruolo biologico fondamentale. Da un punto di vista strutturale i soul/hbp sono geni che apparentemente codificano per proteine di membrana. Inoltre va sottolineato che soulA ਠun gene ad effetto materno. Durante lo sviluppo embrionale entrambi i geni marcano diversi territori embrionali e citologici; il territorio anteriore nel quale si differenziano le cellule del sangue accomuna l'espressione di entrambi i trascritti in fase embrionale. Altra regione di co-espressione dei due ortologhi ਠevidente nella regione posteriore dell'estensione del vitello. Nella zona del mesoderma caudale del tronco; nei somiti pi๠giovani, si ਠriscontrato un'ulteriore similitudine di espressione. Al di là  degli aspetti conservati, che lasciano ipotizzare meccanismi di complementarietà  o ridondanza, soulA e soulB divergono per altri aspetti: prima di tutto soulB presenta un dominio di espressione nei dotti pronefrici a 24 hpf, dominio che si estende anteriormente (72hpf) (foto 11). Inoltre, a differenza di soulA, soulB non ਠmai espresso nella regione della testa. Da un iniziale studio della funzione in vivo delle proteine SOULA e SOULB emerge che la loro inibizione provoca anomalie nel differenziamento del sangue e del tronco, e nella forma del vitello; in dettaglio, mentre l'inibizione separata di entrambe le proteine induce una ridotta sintesi dell'emoglobina, l'inibizione della sola proteina SOULB causa un fenotipo anche a carico del tronco e del vitello. In fine lo studio del rapporto epistatico tra i geni soul/hbp con DMT1,ferroportina1 e TFR1 nei rispettivi mutanti, ha mostrato che la normale trascrizione sia di soulA che di soulB necessita di una proteina TFR1 funzionale. In particolare, ਠpossibile immaginare che il ferro trasportato da TFR1 agisca direttamente o indirettamente sull'espressione dei geni soul/hbp per cui, in assenza della funzione di tfr1, i geni soul/hbp non si attivano per mancanza di ioni o fattori responsabili della loro trascrizione. Un'ipotesi ancor pi๠interessante vede i geni soul/hbp direttamente implicati nel meccanismo di azione del recettore della transferrina, come recettore che ingloba transferrina-ferro per consentire al rilascio del ferro al mitocondrio per la sintesi di eme e quindi di emoglobina. Gli ortologhi soul/hbp non subiscono nessuna modifica trascrizionale in embrioni mutanti per il gene ferroportina1. A differenza di soulA, soulB non ਠespresso nei dotti pronefrici di embrioni mutanti per il gene DMT1, mantenendo tuttavia l'attività  nelle cellule del sangue. In base a questi dati preliminari possiamo affermare che i due ortologhi soul/ heme binding protein sono implicati nel metabolismo del ferro durante la sintesi dell'eme.