La formazione di un ovulo sano inizia molto prima di quanto si possa immaginare: tutto ha origine mentre una bambina si sta ancora sviluppando nel grembo materno. Durante questa fase cruciale dello sviluppo fetale, all'interno delle ovaie in formazione si svolgono processi molecolari così complessi e delicati che eventuali errori possono compromettere per sempre la capacità riproduttiva futura. Un nuovo studio dell'Università della California di Davis ha svelato i meccanismi di protezione che salvaguardano questo processo fondamentale, aprendo nuove prospettive sulla comprensione dei problemi di fertilità.
Quando i cromosomi si preparano al futuro
Il professor Neil Hunter del Dipartimento di Microbiologia e Genetica Molecolare ha dedicato anni a comprendere cosa accade durante la formazione degli ovuli, un processo che inizia nella vita fetale ma può rimanere sospeso per decenni. "Se qualcosa va storto, si finisce con un numero sbagliato di cromosomi negli ovuli o negli spermatozoi", spiega Hunter. "Questo può causare infertilità, aborti spontanei o la nascita di bambini con malattie genetiche".
La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature, rivela come una rete di proteine orchestri un balletto molecolare preciso per garantire che i cromosomi si dividano correttamente. Ogni cellula umana contiene 46 cromosomi organizzati in 23 coppie, con un elemento di ciascuna coppia ereditato da ogni genitore.
Il meccanismo di protezione molecolare
Durante lo sviluppo di ovuli e spermatozoi, le coppie di cromosomi si allineano e si spezzano per poi ricongiungersi tra loro, creando quello che gli scienziati chiamano "crossover". Questi scambi servono a due scopi essenziali: assicurano che ogni cromosoma trasmesso alla prole contenga una miscela unica di geni da entrambi i genitori e mantengono collegati i cromosomi in coppie corrispondenti.
Il team di Hunter ha identificato proteine chiave come la coesina che impediscono a un enzima chiamato complesso STR di smantellare prematuramente le giunzioni cromosomiche prima che possano formarsi i crossover. "Proteggono la doppia giunzione di Holliday", spiega Hunter. "Questa è una scoperta fondamentale".
La differenza cruciale tra maschi e femmine
Mentre negli uomini la produzione di spermatozoi avviene continuamente dopo la pubertà, nelle donne il processo è radicalmente diverso. Le cellule uovo in sviluppo nell'ovaio fetale arrestano la loro maturazione dopo la formazione dei crossover e possono rimanere in questa sorta di animazione sospesa per decenni dopo la nascita, fino a quando vengono attivate durante l'ovulazione.
Solo in quel momento il processo riprende vita: la cellula uovo si divide finalmente e le coppie di cromosomi connesse dai crossover vengono separate per fornire un singolo set di cromosomi all'ovulo maturo. Se le coppie cromosomiche non sono collegate da almeno un crossover, possono perdere il contatto tra loro, causando una distribuzione errata durante la divisione cellulare.
Dalle scoperte di laboratorio alle applicazioni cliniche
Hunter e il suo team hanno utilizzato il lievito di birra come organismo modello, un approccio che può sembrare lontano dalla medicina umana ma che si rivela estremamente pertinente. "Le strutture cromosomiche che abbiamo studiato sono cambiate molto poco nel corso dell'evoluzione", precisa il ricercatore. "Ogni proteina che abbiamo esaminato nel lievito ha un corrispettivo diretto negli esseri umani".
Utilizzando una tecnica chiamata "genetica in tempo reale", i ricercatori hanno potuto osservare gli eventi molecolari con un dettaglio senza precedenti. Questa metodologia ha permesso loro di degradare proteine specifiche all'interno delle strutture di giunzione e analizzare il DNA risultante per verificare se le giunzioni venissero risolte correttamente.
Le implicazioni di questa ricerca vanno oltre la comprensione teorica dei meccanismi cellulari. Il fallimento nella protezione delle doppie giunzioni di Holliday potrebbe essere collegato ai problemi di fertilità negli esseri umani, incluse condizioni come la sindrome di Down, causata da un cromosoma 21 extra che porta a compromissioni cognitive, difetti cardiaci e problemi dell'udito.