Le cellule del sangue umano discendono da un programma genetico nato 700 milioni di anni fa in antenati unicellulari, governato da un singolo gene chiamato Fos. Lo dimostra uno studio dell'Università di Kyoto guidato da Hiroshi Kawamoto, pubblicato sulla rivista Pnas, Proceedings of the National Academy of Sciences.
Il gene Fos, l'interruttore unicellulare riusato dagli animali
La maggior parte delle ricostruzioni divulgative si ferma al messaggio principale: il sangue ha 700 milioni di anni. Il paper su Pnas però va oltre e indica un meccanismo molto preciso. Il programma cellulare che ha dato origine alle prime cellule del sangue non è stato creato da zero, ma riadattato a partire da un toolkit unicellulare premetazoico governato dal gene Fos. Significa che gli antenati degli animali avevano già attivo il circuito molecolare che, riusato e specializzato, ha prodotto i primi macrofagi.
I macrofagi sono cellule fagocitarie: inglobano detriti, microbi e cellule morte. Sono presenti in praticamente tutti gli animali, anche nei cnidari come meduse e coralli, e il loro profilo di espressione genica è il più vicino a quello di organismi unicellulari moderni imparentati con i metazoi. Questa vicinanza è la firma molecolare che gli autori hanno cercato per datare l'origine del sangue animale. Studi paralleli hanno mostrato come l'analisi filogenetica stia trasformando interi campi della ricerca, come dimostra la storia evolutiva del cacao spinta indietro di 75 milioni di anni.
Mastociti nati per uccidere i parassiti: ecco perché esistono le allergie
Il secondo passaggio della mappa evolutiva è quello che i competitor italiani hanno raccontato in modo più sbrigativo. Dopo i macrofagi, alla radice dei Bilateria (animali con simmetria bilaterale, ossia quasi tutti gli animali tranne spugne e cnidari), è comparsa una nuova linea cellulare: i mastociti. Il paper specifica la ragione evolutiva: i mastociti hanno acquisito proteasi granulari, enzimi capaci di danneggiare la cuticola dei parassiti. Sono nati come una linea "killer" antiparassitaria.
È un dettaglio che cambia la cornice della divulgazione. Le reazioni allergiche moderne, in cui i mastociti rilasciano istamina, sono il riadattamento di un programma nato per combattere vermi e parassiti intestinali quando i nostri antenati erano organismi acquatici primitivi. Dai mastociti, in seguito, si sono diramati i linfociti T e NK, i globuli rossi e le piastrine. I linfociti B, produttori di anticorpi, hanno invece una storia diversa: derivano direttamente dai macrofagi, non dai mastociti.
Il timo nelle branchie e sei specie a confronto
Per arrivare a queste conclusioni il gruppo di Kyoto ha confrontato i transcrittomi, cioè i profili di geni attivi, di sei modelli distanti tra loro: uomo, topo, pesce zebra, ascidie (Ciona robusta e Ciona intestinalis), moscerino della frutta e nematode Caenorhabditis elegans. È la scala del campionamento, raramente citata, che dà forza alla ricostruzione. Una capacità di leggere dati antichi che ricorda altri lavori recenti su il cratere d'impatto più antico mai scoperto sulla Terra.
Un risultato laterale ma sorprendente riguarda il timo, l'organo dove maturano i linfociti T. Secondo lo studio, una sua forma prototipica si è formata ai bordi delle branchie negli antenati cordati. L'organo che oggi governa l'immunità adattativa è nato letteralmente all'interfaccia tra l'organismo e l'acqua di mare, dove la pressione dei patogeni era massima. Tracce di questa storia restano nel midollo osseo dei mammiferi: alcune cellule staminali ematopoietiche conservano potenziali differenziativi limitati, eredi degli antichi progenitori "origo-lineage".
La ricaduta clinica è il vero obiettivo a lungo termine. Sapere quali programmi cellulari sono antichi e quali sono innovazioni recenti aiuta a leggere le leucemie e i linfomi come riattivazioni di moduli evolutivi più che come errori casuali. Lo stesso tipo di logica filogenetica sta cambiando anche la neurobiologia, come mostrano gli studi sulla conversione delle cellule della pelle in neuroni. Le prossime terapie immunologiche e oncologiche potrebbero nascere proprio da questa mappa di 700 milioni di anni.