Il cervello del polpo e il cervello umano condividono gli stessi “geni che saltano”

Il sequenziamento del genoma umano ha rivelato già nel 2001 che oltre il 45% di esso è composto da sequenze dette trasposoni, i cosiddetti ‘geni saltatori’ che, attraverso meccanismi molecolari di copia e incolla o taglia e incolla, possono ‘muoversi’ da un punto all’altro del genoma di un individuo, mescolando o duplicando. Nella maggior parte dei casi, questi elementi mobili rimangono muti: non hanno effetti visibili e hanno perso la capacità di muoversi. Alcuni sono inattivi perché hanno accumulato, nel corso delle generazioni, mutazioni; altri sono intatti, ma bloccati dai meccanismi di difesa cellulare. Da un punto di vista evolutivo anche questi frammenti e le copie rotte dei trasposoni possono ancora essere utili, come ‘materia prima’ che l’evoluzione può scolpire.

Tra questi elementi mobili, i più rilevanti sono quelli appartenenti alla famiglia dei cosiddetti LINE (Long Interspersed Nuclear Elements), rinvenuti in un centinaio di copie nel genoma umano e ancora potenzialmente attivi. Tradizionalmente, l’attività dei LINEs era solo una vestigia del passato, un residuo dei processi evolutivi che hanno coinvolto questi elementi mobili, ma negli ultimi anni sono emerse nuove prove che dimostrano che la loro attività è finemente regolata nel cervello. Sono molti gli scienziati che ritengono che i trasposoni LINE siano associati ad abilità cognitive come l’apprendimento e la memoria: sono particolarmente attivi nell’ippocampo, la struttura più importante del nostro cervello per il controllo neurale dei processi di apprendimento.

Il genoma del polpo, come il nostro, è ricco di “geni saltellanti”, la maggior parte dei quali inattivi. Concentrandosi sui trasposoni ancora in grado di copiare e incollare, i ricercatori hanno identificato un elemento della famiglia LINE in parti del cervello cruciali per le capacità cognitive di questi animali. La scoperta, frutto della collaborazione tra Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Stazione Zoologica Anton Dohrn e Istituto Italiano di Tecnologia, è stata possibile grazie a tecniche di sequenziamento di nuova generazione, che sono state utilizzate per analizzare la composizione molecolare dei geni attivi nel sistema nervoso del polpo.

“La scoperta di un elemento della famiglia LINE, attivo nel cervello delle due specie di polpi, è molto significativa perché aggiunge supporto all’idea che questi elementi abbiano una funzione specifica che va oltre il copia e incolla”, spiega Remo Sanges, direttore del laboratorio di Genomica Computazionale della SISSA, che ha iniziato a lavorare a questo progetto quando era ricercatore presso la Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli. Lo studio, pubblicato su BMC Biology, è stato condotto da un team internazionale con più di venti ricercatori provenienti da tutto il mondo.

“Sono letteralmente saltato sulla sedia quando, al microscopio, ho visto un segnale fortissimo di attività di questo elemento nel lobo verticale, la struttura del cervello che nel polpo è sede dell’apprendimento e delle capacità cognitive, proprio come l’ippocampo nell’uomo”, racconta Giovanna Ponte della Stazione Zoologica Anton Dohrn.

Secondo Giuseppe Petrosino della Stazione Zoologica Anton Dohrn e Stefano Gustincich dell’Istituto Italiano di Tecnologia “Questa somiglianza tra uomo e polpo che mostra l’attività di un elemento LINE nella sede delle capacità cognitive potrebbe essere spiegata come un affascinante esempio di evoluzione convergente, un fenomeno per il quale, in due specie geneticamente distanti, lo stesso processo molecolare si sviluppa indipendentemente, in risposta a bisogni simili.”

“Il cervello del polpo è funzionalmente analogo in molte delle sue caratteristiche a quello dei mammiferi”, afferma Graziano Fiorito, direttore del Dipartimento di Biologia ed Evoluzione degli Organismi Marini della Stazione Zoologica Anton Dohrn. “Anche per questo motivo l’elemento LINE individuato rappresenta un candidato molto interessante da studiare per migliorare le nostre conoscenze sull’evoluzione dell’intelligenza”.