sviluppo, biologia dello
sviluppo, biologia dello
Branca della biologia molecolare che studia le tappe che portano da una cellula uovo a un organismo completo e adulto. Grazie alle moderne tecnologie sono stati identificati alcuni dei meccanismi molecolari intra- e intercellulari, che controllano le fasi embrionali, la formazione di cellule, organi e tessuti differenziati e le dimensioni dell’organismo. Le conoscenze acquisite dallo studio di organismi animali e vegetali semplici (Drosophila melanogaster, Arabidopsis thaliana, ecc.), usati come modello, sono state poi utilizzate anche per lo studio di organismi più complessi.
Lo sviluppo e la regolazione dell’espressione genica
I meccanismi di base dello sviluppo sono la divisione cellulare, la regionalizzazione e la differenziazione; tutti questi si realizzano grazie alla espressione genica, processo attraverso cui l’informazione contenuta in un gene (DNA) viene convertita in una molecola funzionale. Tuttavia, l’aspetto fondamentale della biologia dello s. è la regolazione dell’espressione genica (➔), perché essa controlla la differenziazione cellulare, la morfogenesi e i processi di adattamento dell’organismo, a partire dalla trascrizione del DNA a RNA fino alle modificazioni post-traduzionali della proteina prodotta. Secondo la visione classica, lo sviluppo di organismi complessi è controllato da fattori di regolazione di natura proteica e da segnali morfogenetici scambiati tra le cellule, durante l’ontogenesi, nella differenziazione dei tessuti. Ma oggi è noto che coesistono livelli multipli e forme diverse di regolazione, in fase di trascrizione, di traslazione e a valle della trascrizione, non solo a opera di proteine, ma anche attraverso l’azione di mRNA o siRNA, piccole molecole che non codificano proteine ma che sono in grado di portare alla degradazione del trascritto.
Altri fattori che influiscono sullo sviluppo
Il destino delle cellule viene anche determinato da altri fattori specifici di una cellula come la sua polarità o asimmetria caratterizzata dalla composizione o dalla distribuzione dei compartimenti intracellulare e il turn-over delle proteine; anche la matrice extracellulare gioca un ruolo critico nella migrazione e nella differenziazione cellulare; la diversa concentrazione di sostanze intracellulari, definite morfogeni, cui viene esposta la cellula crea un gradiente morfogeno, come quello per il gene Bicoid della D. melanogaster per l’asse di sviluppo antero-posteriore, che rappresenta un meccanismo essenziale per la definizione delle dimensioni corporee. Per l’analisi di meccanismi così complessi le nuove conoscenze acquisite sui meccanismi di espressione e di regolazione genica si sono rivelate fondamentali per comprendere meglio le funzioni e le interazioni che influenzano l’espressione genica e quindi il comportamento cellulare e tissutale; ciò è potuto accadere con il potenziamento di software dedicati e di sistemi di archiviazione in banca dati, che hanno permesso il confronto dei dati.