In uno studio pubblicato sulla rivista Cell Reports, i ricercatori riportano che l’apparato di Golgi, una struttura di organelli precedentemente ritenuta esclusiva dei vertebrati, è presente anche nei taxa animali, inclusi molluschi, lombrichi e ricci di mare. La funzione dell’apparato di Golgi è ancora enigmatica, ma la sua presenza in diverse linee animali indica che la sua funzione non è specifica dei vertebrati, come si pensava in precedenza. Il team ha anche dimostrato che gli apparati di Golgi si formano in un momento specifico durante l’embriogenesi, il che suggerisce che potrebbero svolgere un ruolo nella differenziazione cellulare.
“L’apparato di Golgi è un’innovazione molto antica ed è molto più diffuso di quanto si pensasse”, afferma Francesco Ferraro, autore senior dello studio e biologo cellulare della Stazione Zoologica Anton Dohrn. “Non è ancora chiaro il motivo per cui sia necessaria questa struttura, ma il fatto che sia conservata da oltre 600 milioni di anni e sia ancora così diffusa suggerisce che le sue funzioni siano davvero fondamentali”.
Gli apparati di Golgi si trovano universalmente negli eucarioti, ma la loro organizzazione complessiva varia. Gli organelli sono costituiti da pile di sacche membranose che processano e impacchettano le proteine in modo che possano essere trasportate in altre parti della cellula o escrete dalla cellula. Gli eucarioti unicellulari tendono ad avere singole pile di Golgi, mentre piante, funghi e alcuni animali hanno più pile sparse in tutto il citoplasma e altri animali hanno più pile di Golgi collegate per formare una struttura a nastro.
Lo studio
L’attuale consenso tra i biologi cellulari è che gli apparati di Golgi siano esclusivi dei vertebrati, ma quando il team di Ferraro ha osservato un Golgi a forma di nastro negli embrioni di ricci di mare, ha deciso di indagare su quanto siano comuni gli apparati di Golgi tra i non vertebrati. Per fare ciò, i ricercatori hanno esaminato la struttura del Golgi in rappresentanti di vari taxa animali e di eucarioti unicellulari strettamente correlati.
Hanno scoperto che gli apparati di Golgi sono presenti sia nei vertebrati che negli invertebrati, inclusi molluschi, anellidi (ad esempio lombrichi) ed echinodermi (ad esempio stelle marine e ricci di mare). Tuttavia, gli apparati di Golgi non sono presenti negli artropodi o nei nematodi o nei taxa di animali più primordiali, come le spugne e gli ctenofori. Basandosi sulla loro presenza sparsa ma diffusa, i ricercatori ritengono che gli apparati di Golgi si siano evoluti solo una volta – circa 600 milioni di anni fa nell’antenato di tutti gli cnidari e bilateri, che comprende tutti gli animali tranne spugne, ctenofori e placozoi – ma siano stati successivamente perduti in alcuni lignaggi bilateri, inclusi nematodi e artropodi.
“Gli apparati di Golgi sono antecedenti all’evoluzione e alla diversificazione del lignaggio delle vertebre, il che significa che non si sono evoluti per fare qualcosa di specifico per la fisiologia cellulare dei vertebrati“, afferma Ferraro.
Successivamente, il team ha voluto esplorare il meccanismo alla base della formazione e dell’evoluzione dell’apparato di Golgi. Nelle cellule dei mammiferi, gli apparati di Golgi si formano quando più pile di Golgi sono collegate insieme tramite legami molecolari che includono proteine “GRASP”, che collegano pile di Golgi adiacenti, e proteine “golgin”, che fungono da punti di ancoraggio per le proteine GRASP. I ricercatori sapevano da studi precedenti che la formazione dell’apparato richiede che i GRASP si leghino a uno dei due golgin e, utilizzando il modello AlphaFold2, hanno dedotto che questi punti di ancoraggio probabilmente si sono evoluti in tempi diversi: la loro analisi ha predetto che un punto di ancoraggio si è evoluto nell’antenato comune di tutti animali multicellulari, mentre il legame con gli altri golgin sembra essersi evoluto nell’antenato comune degli cnidari (cioè anemoni di mare, coralli e meduse) e dei bilateri.
La funzione degli apparati di Golgi
La funzione degli apparati di Golgi rimane enigmatica, ma i ricercatori sospettano che siano coinvolti nella differenziazione cellulare durante l’embriogenesi. Analizzando le dinamiche del Golgi nello sviluppo di ricci di mare (Paracentrotus lividus) e ascidie, hanno dimostrato che le pile di Golgi rimangono separate durante i primi cicli di divisione cellulare, ma si collegano per formare un apparato di Golgi centralizzato in un punto specifico durante l’embriogenesi.
“La formazione di questi apparati di Golgi centralizzati avviene appena prima della gastrulazione, che è la fase di sviluppo in cui gli embrioni stabiliscono il destino dei diversi tessuti e la struttura corporea dell’animale”, afferma Ferraro. “Sulla base di questo periodo di formazione conservato, proponiamo che l’apparato di Golgi possa avere una funzione nello sviluppo e nella differenziazione dell’embrione, cosa a cui nessuno aveva pensato prima”. Ora i ricercatori stanno “testando l’idea che l’apparato abbia effettivamente qualcosa a che fare con la differenziazione”, dice Ferraro.
Comprendere la funzione degli apparati di Golgi potrebbe avere importanti implicazioni mediche, poiché è noto che gli apparati di Golgi si disassemblano e contribuiscono alla patologia nelle malattie neurodegenerative, nel cancro e in alcune infezioni virali. “Il disassemblaggio dell’apparato è coinvolto in molte patologie umane e quindi, forse, se comprendiamo qual è la sua funzionalità, potremmo avere una visione migliore delle cause di queste malattie“, afferma Ferraro.
