La maggior parte di noi ha imparato a scuola che ci sono tre tipi di mammiferi viventi – euteri, marsupiali e monotremi – e che le differenze più evidenti tra loro sono il modo in cui si riproducono. I mammiferi euteri o “placentari”, come l’uomo, costituiscono la grande maggioranza della diversità dei mammiferi di oggi. Gli euteri hanno tutti una placenta corioallantoica, un organo notevole che si forma dopo il concepimento nel punto in cui l’embrione entra in contatto con il rivestimento dell’utero della madre (Langer, 2008).
Marsupiali e monotremi gestiscono la gravidanza in modo diverso (Abbot e Rokas, 2017; Renfree, 2010). I monotremi che depongono le uova, come l’ornitorinco dal becco d’anatra, hanno piccole “pepite” che si schiudono da gusci coriacei. I marsupiali – i canguri, i koala, i bandicoot, gli opossum e così via – hanno parti vivi, ma le loro gravidanze sono brevi e i loro piccoli joeys sono immaturi nello sviluppo, e sembrano avere poco bisogno di una placenta. Dopo la nascita, i piccoli continuano a svilupparsi al di fuori del corpo della madre, spesso all’interno di pieghe e sacchetti sull’addome della madre.
Nei marsupiali, il latte fornito dalla madre dopo la nascita è fondamentale per lo sviluppo della prole e, a differenza dei mammiferi euteri, la composizione di questo latte cambia drasticamente man mano che i piccoli joeys crescono. In sostanza, le ghiandole mammarie dei marsupiali svolgono molte delle funzioni della placenta degli euteri (Renfree, 2010; Sharp et al., 2017; Figura 1). E per sconvolgere ancora di più quello che potreste aver imparato in classe di biologia, i marsupiali hanno una placenta dopo tutto, ma si sviluppa tardi nella gravidanza e da tessuti diversi rispetto agli euteri. Quindi, la differenza tra i mammiferi euteri e i marsupiali non è la presenza o l’assenza di una placenta, ma piuttosto l’enfasi relativa posta sulla placentazione e l’allattamento per nutrire la prole attraverso lo sviluppo.
Le diverse strategie riproduttive dei mammiferi euteri e dei mammiferi marsupiali.
Negli euteri, l’energia investita dalla madre nell’allevamento dei piccoli prima della nascita (tramite placentazione) e dopo la nascita (tramite lattazione) è all’incirca uguale. Nei marsupiali, la gestazione è breve, la placenta si forma tardi nella gravidanza e l’allattamento è prolungato. Guernsey et al. mostrano che le caratteristiche genetiche che regolano lo sviluppo attraverso la placenta negli euteri sono condivise con la placenta dei marsupiali a vita breve (frecce rosse). Essi mostrano anche che alcuni dei geni che sono alla base delle funzioni placentari negli euteri sono espressi durante la lattazione nei marsupiali (frecce blu), compresi vari componenti conservati della lattazione stessa (freccia nera; Lefèvre et al., 2010). Nota: le scale temporali non sono assolute.
Ora, in eLife, Julie Baker della Stanford University School of Medicine, Marilyn Renfree dell’Università di Melbourne e collaboratori – tra cui Michael Guernsey di Stanford come primo autore, Edward Chuong dell’Università dello Utah e Guillaume Cornelis (Stanford) – riportano nuovi dettagli dei meccanismi molecolari alla base della placentazione e della lattazione in euteri e marsupiali (Guernsey et al, 2017). I risultati sono stati ottenuti utilizzando una versione modificata di una tecnica chiamata RNA-seq per misurare come il trascrittoma (l’insieme completo di trascrizioni di RNA in una cellula o un insieme di cellule) variava tra diversi tipi di cellule durante lo sviluppo (Rokas e Abbot, 2009).
Guernsey et al. hanno confrontato i cambiamenti di espressione genica in due tipi di cellule nella placenta di un wallaby tammar, un piccolo marsupiale australiano, durante lo sviluppo. Hanno scoperto che l’espressione genica differiva tra i due tessuti e, inoltre, che cambiava dinamicamente nel tempo, in modo simile a quanto accade negli euteri. Inoltre, tra i trascritti hanno trovato molti che avevano funzioni critiche nelle placente degli euteri, compresi i membri delle vie di segnalazione Ig7 e GCM1, un fattore di trascrizione che è importante nella formazione e sviluppo della placenta. E non era semplicemente i geni che erano conservati, i modelli di espressione genica nella placenta wallaby assomigliavano a quelli visti nella placenta del mouse nelle prime fasi della gravidanza. Questo è esattamente quello che ci aspetteremmo di vedere se la placenta svolge le prime funzioni di sviluppo nel wallaby, con funzioni successive che vengono fornite post-natalmente. Questo suggerisce che una differenza essenziale tra marsupiali ed euteri non è nelle prime funzioni della placenta, ma piuttosto in come le funzioni placentari sono state compartimentate nel corso dell’evoluzione della gravidanza eutera.
Infine, Guernsey et al. hanno caratterizzato i modelli di espressione genica nelle ghiandole mammarie del tammar e di diversi mammiferi. Sia il topo che il wallaby hanno condiviso modelli simili di espressione genica, sottolineando il tema della compartimentazione funzionale e della conservazione in entrambi i gruppi. Ma soprattutto, hanno identificato un certo numero di geni espressi nelle ghiandole mammarie nel tammar che sono noti per essere funzionalmente importanti nella placenta negli euteri (Figura 1). Questi geni includevano geni coinvolti nel trasporto dei nutrienti e diversi noti per essere richiesti per la placentazione euteriana (tra cui GCM1). Questa conservazione dell’espressione genica sostiene che nei marsupiali la placenta gestisce il primo sviluppo fetale e l’allattamento gestisce il tardo sviluppo fetale, utilizzando alcuni degli stessi geni e percorsi molecolari della placenta euteriana.
Quelli che studiano i marsupiali hanno a lungo sostenuto che dobbiamo correggere i nostri libri di testo per riconoscere le placente marsupiali e la loro lattazione distintamente complessa (Renfree, 1983). Guernsey et al. rafforzano il caso dimostrando che sia gli euteri che i marsupiali esprimono una serie conservata di geni che possono essere localizzati in diversi tessuti e organi, ma servono a scopi comuni nello sviluppo fetale. Questa sorprendente conservazione sottolinea l’importanza di identificare i geni alla base dei cambiamenti funzionali durante l’evoluzione (Rausher e Delph, 2015).
Guardando avanti, vale la pena notare che i marsupiali variano enormemente nei tratti riproduttivi (Tyndale-Briscoe, 2005), e che caratterizzare più specie nel modo in cui Guernsey et al. hanno fatto per il wallaby tammar fornirà una comprensione più ricca dell’evoluzione e della diversità della gravidanza marsupiale stessa. Tuttavia, è necessario più lavoro per sviluppare metodi statistici appropriati per quantificare la conservazione dei profili del trascrittoma tra le specie. E guardando oltre i mammiferi, forme di placentazione si trovano in tutto, dalle lucertole, ai cavallucci marini, agli insetti, e studi preliminari indicano che molti dei geni o tratti coinvolti sono condivisi (Ostrovsky et al., 2016; Whittington et al., 2015). Sarà affascinante scoprire quanto profondamente possiamo rintracciare le origini del toolkit della gravidanza.