Gli scienziati dell’Istituto di biotecnologia molecolare (IMBA) di Vienna, in Austria, hanno scoperto come l’integrità genomica di un embrione viene salvaguardata durante le prime 24 ore dopo la fecondazione. Approfondimenti su questo meccanismo hanno implicazioni per migliorare la fecondazione in vitro.

Gli eventi che si innescano quando lo spermatozoo incontra un uovo non cambiano solo la vita dei genitori, ma sono anche profondamente affascinanti da un punto di vista scientifico.

La madre di tutte le cellule

Dopo la fecondazione, il DNA della cellula uovo della madre e lo spermatozoo del padre costituiscono il modello genetico dell’embrione unicellulare o zigote. Il DNA paterno in arrivo contiene modifiche che facilitano una “memoria epigenetica” del suo stato spermatico. Le proteine fornite dall’uovo fecondato agiscono in gran parte cancellando questa memoria per generare un embrione totipotente che può dare origine a un individuo completamente nuovo. I meccanismi alla base della riprogrammazione naturale alla totipotenza sono notevolmente efficienti ma rimangono poco conosciuti. “Per mettere questo in prospettiva, la riprogrammazione alla pluripotenza indotta nella coltura cellulare richiede diversi giorni o settimane, mentre la riprogrammazione alla totipotenza negli zigoti avviene in meno di 24 ore”, afferma Kikuë Tachibana-Konwalski, che dedica la ricerca del suo laboratorio alla comprensione dei segreti molecolari di cellule uovo e zigoti.

Nuova vita, nuova epigenetica

Riportando una ricerca sulla rivista scientifica Cell, scienziati con sede a Vienna dell’Istituto di biotecnologia molecolare (IMBA) hanno scoperto che non solo le cellule uovo fecondate innescano la riprogrammazione epigenetica del DNA dello sperma, ma questo processo è strettamente monitorato per salvaguardare l’integrità genomica.

“Quando lo sperma entra nella cellula uovo, la cromatina maschile densamente compattata deve essere completamente ‘disimballata’ e ristrutturata attorno a scaffold proteici chiamati istoni”, ha spiegato Sabrina Ladstätter, prima autrice dello studio. “Utilizzando uova di topo fecondate, abbiamo dimostrato che la cellula uovo attiva attivamente la demetilazione del DNA paterno – in altre parole, avvia la riprogrammazione epigenetica rimuovendo ogni precedente memoria epigenetica trasmessa dal padre. Ciò consente allo zigote di ricominciare da capo e creare la propria memoria epigenetica e la propria storia di vita. Questo processo non è privo di rischi: la demetilazione può causare lesioni nel DNA che possono essere fatali per il nuovo organismo. È noto che queste lesioni possono portare a frammentazione cromosomica, perdita di embrioni o infertilità”.

Un checkpoint molecolare

I ricercatori hanno identificato un meccanismo di sorveglianza che non solo monitora le lesioni del DNA causate dalla riprogrammazione epigenetica, ma ripara anche il danno. Hanno rivelato che le lesioni nel DNA paterno causate dalla demetilazione attivano un “checkpoint” zigotico che impedisce la divisione cellulare fino a quando queste lesioni non vengono riparate. Questo meccanismo garantisce quindi che la riprogrammazione sia completata all’interno di un ciclo cellulare e protegge l’integrità genomica allo stadio volatile dell’embrione unicellulare. È interessante notare che hanno anche scoperto che le condizioni in cui gli embrioni vengono coltivati influiscono sulla severità della risposta del checkpoint.

Speri in migliori trattamenti di fecondazione in vitro?

“I nostri risultati hanno potenziali implicazioni per il miglioramento delle tecniche di fecondazione in vitro”, ha affermato Kikuë Tachibana-Konwalski, autore senior dello studio e capogruppo dell’IMBA. “Sarà emozionante esplorare come le condizioni della coltura cellulare migliorino i meccanismi intrinseci di sorveglianza e riparazione dello zigote, portando così a embrioni di migliore qualità e gravidanze potenzialmente più riuscite”.

Source: Science Daily