LA SIMMETRIA NELLA MITOSI CELLULARE

Nell’affermazione della rosa c’è più verità di quanto si possa immaginare.
Il fiore, sebbene applichi un sillogismo mirato a esaltare se stesso, giunge ingenuamente ad una affermazione quanto mai veritiera.
Infatti, seguendo il discorso, il ragionamento della rosa è il seguente: se la natura è bella e la simmetria è bella allora la natura è simmetrica  e tutto ciò che nasce dalla natura nasce quindi dalla simmetria ed è bello.

Il pensiero è espresso senza conoscere le leggi biologiche che governano il processo di mitosi che (per quanto se ne sa fino ad oggi) sta alla base della riproduzione cellulare nella creazione di un individuo (e quindi “da  vita” ad esso), ma può essere considerato una propria interpretazione del mistero della vita come un qualcosa che anela alla simmetria. 

Qui sotto viene riportato l’intervento di Pier Carlo Marchisio, professore ordinario di istologia all’Università San Raffaele di Milano, che ci illustra come sia fondamentale il concetto di simmetria in quel processo che si ripete da milioni di anni che è la mitosi cellulare, e che ci appare, nonostante i numerosi studi a riguardo, ancora estremamente ignoto in certi passaggi fondamentali.

Intervento di Pier Carlo Marchisio

 "Il nostro pianeta fu sconvolto circa quattro miliardi di anni fa da una rivoluzione progressiva e inarrestabile, che dipese dall'aumento progressivo della concentrazione di ossigeno nell'atmosfera.
Questo fenomeno permise il netto miglioramento di efficienza energetica delle strutture cellulari che avrebbe condotto alla codificazione della vita in quelle strutture chiamate «geni».

Tali strutture diventarono nel tempo sempre più complesse, fino a essere racchiuse in un compartimento separato e relativamente protetto dal resto della cellula.
In queste nuove cellule, dette eucariote , si imposero due necessità fondamentali: una era quella di tenere il deposito dei geni separato (e di qui l'origine del nucleo); l'altra quella di ridistribuire i geni in modo uguale tra cellula e cellula al momento della divisione con il solo scopo di mantenere l' identità delle singole unità cellulari.

Per questa ragione si sviluppò una struttura simmetrica nota come fuso mitotico che, ancora oggi, è sostanzialmente invariata in tutte le cellule dotate di nucleo: da quelle del lievito a quelle umane.

Il fuso mitotico, il più affascinante esempio di simmetria biologica, è una macchina molecolare regolata in maniera perfetta con il compito fondamentale di garantire la suddivisione fedele dei geni da una cellula madre a due cellule figlie.
La complessità del genoma e quindi il numero dei geni nelle cellule eucariote sono diventati tali da richiedere la compressione del materiale genetico in cromosomi che costituiscono una sorta di bagaglio da viaggio indispensabile per garantire la corretta ridistribuzione.

Il fuso, quando si forma in maniera quasi istantanea alla fine della metafase mitotica, appare come un duplice cono con le basi attaccate. Agli apici dei coni si trovano i corpi polari che altro non sono che i centrioli con la loro nuvola di proteine pericentriolari.
Tra i corpi polari passa l' asse di simmetria del fuso che attraversa, al centro, le basi del doppio cono. Proprio su queste basi si vanno a porre i cromosomi nella fase successiva detta metafase. Il concetto di simmetria del fuso si basa quindi sull'asse ideale tra i corpi polari.

Questi, come si è detto, sono già presenti prima della mitosi nel centrosoma e non è difficile pensare che l'asse di simmetria mitotico sia già potenzialmente definito prima che la cellula si divida e che il meccanismo che porta alla separazione dei corpi polari sia precostituito nel centrosoma.
Sappiamo, perché riusciamo a descrivere il fenomeno, che i centrioli si separano e vanno a trovare la loro posizione già nella profase, il momento più precoce della mitosi. Purtroppo poco si sa del meccanismo di controllo responsabile della definizione dell' asse di simmetria mitotico.

A tutti i biologi interessa sapere di più del fascino sottile del centrosoma ma dopo più di cent' anni dalla sua scoperta, la nostra conoscenza è finora poco più che descrittiva. Siamo giunti alla metafase senza sapere ancora che cos'è che forma il fuso e come lavori la struttura simmetrica. Il fuso è un sistema complesso di «cavi» formati di microtubuli, strutture filamentose polimeriche responsabili della definizione della forma e di molti movimenti cellulari.

Tre sistemi di cavi definiscono la simmetria. Alcuni vanno diritti tra un polo e l'altro, altri vanno dal polo ai cromosomi, altri ancora si irradiano dal polo in tutte le direzioni fino a connettersi con la membrana cellulare. Questa struttura è destinata a staccare i cromosomi omologhi gli uni dagli altri e a trascinarli in numero identico ai poli opposti.
Il risultato è di avere due copie identiche del genoma in due cellule figlie. Prima che si verifichi l'evento cruciale della divisione del genoma, che avverrà rapidamente nella successiva anafase, il fuso mitotico si prende una pausa di controllo; si tratta del fenomeno più critico e delicato dell'intera operazione. Esso verifica che ciascun cromosoma sia perfettamente allineato e collegato ai microtubuli e solo quando questa operazione si è completata si ha la rapida separazione di due cellule geneticamente identiche.

In questa macchina simmetrica (molto più complessa di quanto non si sia detto), tutto procede in modo controllato nella stragrande maggioranza delle cellule. In qualcuna, però, qualcosa si inceppa.
Un cavo non perfettamente collegato a un cromosoma può alterare la simmetria;  se ciò avviene la macchina della mitosi si blocca e, in luogo della divisione, si attiva un processo che porta ambedue le cellule malformate a morte.
La natura nel lungo divenire dell'evoluzione, ha preferito adottare la strategia di eliminare due sole cellule dell'intera popolazione piuttosto di correre il rischio di alterare la simmetria del sistema e di propagare alle altre cellule copie abnormi del patrimonio genetico.

Una strategia che ricorda quella della Rupe Tarpea! Ora possiamo dire di conoscere almeno uno di questi meccanismi di controllo che è anche il primo istigatore al suicidio. Esso è basato su una proteina, la survivina, che si va a porre sul fuso mitotico e, funge da guardiana severa della fedeltà di distribuzione del genoma ma è anche capace, quando occorra, di indurre le cellule a morte con inflessibile rigore.

Se si impedisce questa funzione di controllo della survivina il primo risultato è la perdita della simmetria del fuso e la formazione di mitosi multipolari in cellule destinate a morte sicura.

Talvolta però la survivina, prodotta in maggiore quantità e forse alterata, viene meno alla propria funzione di controllo, lasciando sopravvivere cellule abnormi, o tumorali. Il genoma di tali cellule si altera rapidamente alimentando la progressione neoplastica attraverso un fenomeno conosciuto come aneuploidia. L'alterazione della simmetria naturale del fuso mitotico è quindi alla radice di un fenomeno patologico multifattoriale come il cancro. Il mantenimento della simmetria del fuso mitotico si basa sull'interazione di molte decine e, forse, centinaia di proteine diverse.

Molte di queste sono conosciute in dettaglio, non solo per la loro struttura primaria e quella dei geni che le codificano; inoltre, di molte si conosce la struttura tridimensionale. La loro conservazione evolutiva è stupefacente tanto che scoprire forma e funzione di una nuova proteina di controllo mitotico in un eucariote primitivo come il lievito fa immediatamente presagire l'identificazione del gene omologo nei mammiferi e nell'uomo. Si ritiene che, alla base di tutto ciò, stia il controllo della simmetria strutturale del fuso.

La mitosi non è l'unico esempio di rigorosa simmetria nel mondo biologico; è solo quello più antico e spettacolare. Le fasi precoci dello sviluppo embrionale dei cordati sono un esempio altrettanto affascinante di simmetria che ha come risultato lo sviluppo di un individuo sostanzialmente formato da due metà uguali. L' uomo non fa eccezione. 

Tutto comincia nei primi giorni dello sviluppo embrionale che si iniziano con la proliferazione tumultuosa dell'uovo , fecondato. A un certo punto, preciso nel tempo, alcune cellule, questa volta ben definite anche nello spazio, diventano diverse dalle altre e cominciano a produrre molecole capaci di influenzare il destino delle cellule circostanti.

Il risultato è che si forma una struttura allungata chiamata notocorda che rappresenta il futuro asse di simmetria bilaterale dell ' embrione e successivamente dell ' adulto. Dietro la definizione del concetto di notocorda e di simmetria bilaterale sta un secolo di ricerca affascinante.
Fu l'embriologo tedesco Hans Spemann, con Lide Mangold, a dimostrare per la prima volta, intorno alla metà degli anni venti, l'esistenza di quelle cellule demiurghe in grado di produrre un fattore in grado di generare simmetria. Lo chiamò organizzatore primario e per questo prese il premio Nobel nel 1937 . La scoperta dell ' organizzatore primario diede origine a un vero fiume di ricerche, che ancora oggi generano nuova conoscenza.

Ma perché l' organizzatore è così importante? Soprattutto per il fatto di essere un generatore di simmetria. Se per esempio si isolano cellule che lo producono in un embrione di rana o di pollo, e le si trapianta altrove nello stesso embrione rispettandone l'orientamento si forma un secondo embrione parallelo al primo. Se si varia l'orientamento delle cellule trapiantate l' asse di simmetria si modifica e produce un embrione con asse angolato.

Tutte le combinazioni sono possibili fino a generare embrioni con parti in comune o perfino con le teste orientate in direzioni opposte. Ma è la notocorda, figlia primogenita dell' organizzatore primario, a portare con se il massimo potenziale di simmetria.
Alla notocorda spetta essenzialmente la guida dell' organizzazione del sistema nervoso. Essa assolve questo compito non solo creando una traccia ideale al primo sviluppo del tubo neurale ma anche determinando in esso il destino di quelli elementi cellulari che sono i precursori di tutti i nostri neuroni. Lo fa mediante la produzione di fattori specifici di controllo genetico che sono a loro volta spazialmente e temporalmente coordinati.

Esempi di simmetria biologica si trovano anche altrove in natura, ma la mitosi e la polarità embrionale sono secondo chi scrive i paradigmi di fenomeni che si sono affermati e mantenuti nel corso dell'evoluzione in virtù dell'efficienza funzionale che hanno garantito. Ne è prova la straordinaria stabilità evolutiva delle molecole implicate nel fenomeno della rnitosi. Lo stesso vale per la polarità embrionale. Inoltre se si rimuove anche uno solo di questi geni fondamentali le cellule muoiono perché diventano incapaci di dividersi.

Un esempio recente è costituito proprio dalla rimozione del gene di survivina che è così indispensabile e funzionalmente conservato da bloccare lo sviluppo embrionale proprio all'inizio prima che si formi quella simmetria di divisione che abbiamo visto essere indispensabile.
Sulla non rinunci abilità della simmetria embrionale si è già detto. Ma quale è l' origine della simmetria biologica? Non deriva certo dalla simmetria delle molecole di base come il DNA o le proteine. Anzi è proprio la fondamentale dissimmetria dei mattoni di costruzione del mondo biologico a garantire quella variabilità di forme tridimensionali indispensabile alla genesi e al mantenimento della complessità naturale.

Tuttavia la simmetria si genera proprio dall'interazione di strutture dotate di forme altamente variabili e prevalentemente quando si richiede un controllo ordinato, rapido e inflessibilmente preciso nel riassortimento di strutture biologiche complesse. Manca ancora la certezza su quale sia il direttore che dirige l'orchestra della simmetria dove strumenti e suoni sono complessi e variabili. "