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Fortezza intestinale: le spire intestinali custodiscono i segreti della formazione degli organi

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Le nostre viscere e tutti i nostri organi sono disposti in schemi asimmetrici sinistra-destra all’interno dei nostri corpi, in modo che tutto possa adattarsi.

Allo stesso tempo, lo sviluppo di organi come l’intestino è tutt’altro che casuale. Negli embrioni sani, la rotazione dell’intestino durante lo sviluppo avviene sempre in senso antiorario ed è perfettamente sincronizzata. È un processo complicato che gli scienziati hanno lavorato a lungo per capire.

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Ora,  uno studio pubblicato il 23 settembre  sulla rivista Science rileva che la rotazione intestinale durante lo sviluppo è orchestrata da due onde di espressione di un fattore di trascrizione chiamato Pitx2. La seconda ondata, si scopre, è innescata da segnali meccanici all’interno di un tessuto elastico che fissa il tubo intestinale e in seguito diventa un condotto per i vasi sanguigni e linfatici che alimentano il tubo intestinale.

I risultati hanno importanti implicazioni per la comprensione dei meccanismi di base di come si formano gli organi, che potrebbero aiutare gli sforzi per diagnosticare e prevenire difetti alla nascita, come la malrotazione intestinale e il volvolo, dove gli intestini in via di sviluppo si attorcigliano e si strangolano.

“L’intero tratto gastrointestinale è un tubo che assorbe tutti i nostri nutrienti, ed è gigante, quindi deve avvolgersi per adattarsi al nostro corpo”, ha affermato  Natasza Kurpios , professore associato di medicina molecolare presso il College of Veterinary Medicine e autore senior di lo studio. Bhargav D. Sanketi, uno studente di dottorato nel laboratorio Kurpios, è il primo autore dell’articolo.  

“Quello che abbiamo scoperto anni fa è che il looping è altamente conservato ed è molto, molto regolamentato”, ha detto Kurpios.

Si scopre che organi come il cuore, il fegato, i polmoni e l’intestino (intestino) sono tutti situati in modo asimmetrico – si trovano su un lato del corpo o si estendono a sinistra ea destra, ma non centrati. Capire come si forma l’intestino con l’asimmetria sinistra-destra potrebbe rivelare modelli di sviluppo che si trovano in altri organi, come il cuore.

Lavori precedenti hanno dimostrato che un gene chiamato Nodal induce la prima ondata di Pitx2 a stabilire il piano corporeo iniziale. Ma la presenza di Nodal è di breve durata e, una volta stimolata l’espressione di Pitx2, scompare prima che si verifichi la rotazione intestinale. Quindi, per molto tempo non si sa come Pitx2 rimanga attivo per dirigere la rotazione intestinale quando Nodal è scomparso. “La nostra prima sorpresa è stata che l’espressione di Pitx2 in realtà scompare e poi ritorna quando il tubo intestinale è pronto per il loop”, ha detto Kurpios. “E quindi la domanda era, cosa sveglia Pitx2?”

I ricercatori hanno scoperto che un sensore, TGF-beta, rimane latente fino a quando non viene attivato da forze meccaniche. Nel caso dell’intestino, questo è dettato dal mesentere dorsale che si attacca e tiene in posizione il tubo intestinale. Per dirigere la rotazione, il tessuto mesenterico dorsale si espande drammaticamente sul lato destro e si compatta a sinistra. Quando lo fa, il TGF-beta percepisce queste forze mutevoli e attiva l’espressione di una seconda ondata di Pitx2, che stimola il loop del tubo intestinale. In altre parole, l’onda di Pitx2 che stabilisce l’asimmetria corporea è diversa dall’onda che ruota l’intestino.

Nello studio, i ricercatori hanno utilizzato topi ingegnerizzati ed embrioni di pollo, che consentono a Kurpios e colleghi di aprire una piccola finestra nel guscio dell’uovo in modo da poter visualizzare lo sviluppo e manipolare l’espressione genica.

Il laboratorio del coautore Jan Lammerding, professore alla Meinig School of Biomedical Engineering, ha utilizzato una sonda in embrioni vivi per misurare la rigidità e l’elasticità del mesentere dorsale. Le misurazioni hanno rivelato l’espansione sul lato destro e il TGF-beta-Pitx2 ha indotto la frenata di tale espansione sul lato sinistro, che ha creato la perfetta quantità di inclinazione nel tessuto per un corretto loop del tubo intestinale.

Lo studio è stato sostenuto dal National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases; la marcia di Dimes; l’Istituto Nazionale del Cuore, del Polmone e del Sangue; la Fondazione Volkswagen; e il Cornell Center for Vertebrate Genomics.

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