Ma da dove arrivano i neuroni? Sappiamo che queste cellule specializzate nel produrre e trasmettere impulsi nervosi sono alla base di funzioni fondamentali per la vita, dal movimento fino al pensiero. Quello che resta però ancora da capire è in che modo sistemi nervosi molto tra loro diversi si siano evoluti nel corso di oltre 600 milioni di anni di storia animale.
A cercare risposte sarà Roberto Feuda (nella foto), professore al Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali, che guida il progetto GRNevo – The Evolution of Neurogenic Gene Regulatory Networks. Finanziato dal MUR con un grant FIS-3 Advanced da 1,9 milioni di euro, il progetto combina biologia evolutiva, genomica, biologia dello sviluppo e tecnologie computazionali per capire come evolvono i programmi genetici che controllano la formazione dei neuroni.
“Durante lo sviluppo embrionale, ogni neurone nasce seguendo istruzioni precise contenute nei cosiddetti network regolatori: reti di geni che si attivano e si spengono nello spazio e nel tempo, determinando tipo, posizione e funzione delle cellule nervose”, spiega Roberto Feuda. “Oggi sappiamo che i neuroni condividono caratteristiche fondamentali in quasi tutti gli animali, ma non è ancora chiaro quali meccanismi molecolari siano davvero conservati e quali, invece, si siano modificati, dando origine a questa straordinaria diversità”.
Gli studiosi di GRNevo cercheranno di capire quindi come questi network regolatori si siano conservati o modificati nel corso dell’evoluzione: un elemento essenziale per comprendere l’origine dei sistemi nervosi. Per farlo, saranno analizzate centinaia di migliaia di cellule durante lo sviluppo embrionale e, a partire dai dati raccolti, saranno ricostruiti i processi di neurogenesi in animali separati da centinaia di milioni di anni di evoluzione.
“Useremo tecnologie di genomica a singola cellula e machine learning per osservare e modellare, cellula per cellula, come si formano i neuroni durante lo sviluppo in specie animali molto distanti tra loro: dal moscerino della frutta agli anemoni di mare, fino ai ricci di mare e ai ctenofori”, spiega Feuda. “L’obiettivo finale è identificare i principi generali che governano l’evoluzione dei sistemi nervosi”.
I dati sperimentali saranno quindi integrati con modelli computazionali e verificati con esperimenti di validazione funzionale, per capire non solo quali geni sono coinvolti, ma anche come interagiscono tra loro.
“Riuscire a ottenere queste risposte è importante non solo per la biologia evolutiva, ma anche per comprendere meglio come funzionano i sistemi complessi”, aggiunge Feuda. “Perché questo ci può permettere anche di capire come i sistemi complessi possono essere perturbati e, in prospettiva, come potrebbero essere ingegnerizzati e riprogrammati”.
