Esone 17 del Gene KIT: Quel Piccolo “Interruttore” Genetico che Può Mettere KO la Fertilità Maschile?

Ciao a tutti, appassionati di scienza e curiosi! Oggi voglio parlarvi di una scoperta che mi ha davvero affascinato e che tocca un tema delicatissimo: la fertilità maschile. Immaginate un gene, una sorta di manuale di istruzioni per il nostro corpo, e pensate a cosa succede se manca una paginetta, o meglio, un piccolo frammento di essa. Ecco, è un po’ quello che accade con il gene KIT e la sua “pagina” numero 17, o più tecnicamente, l’esone 17.

Il Mistero del “Bianco Dominante” e la Fertilità dei Suini

Forse non tutti sanno che nei maiali, il colore del mantello “bianco dominante” (pensate alle razze Landrace o Yorkshire) è spesso legato a due mutazioni proprio nel gene KIT. Una di queste è una mutazione di splicing che fa “saltare” l’esone 17. Ora, al di là del colore, si è notato che questi maiali bianchi tendono ad avere testicoli più piccoli e una qualità dello sperma inferiore rispetto ad altre razze, come i Duroc. Questo ha fatto suonare un campanello d’allarme: possibile che quell’esone 17 mancante non influenzi solo il pigmento, ma anche la capacità riproduttiva? Bella domanda, vero? Ed è proprio da qui che è partita la nostra curiosità scientifica.

Il gene KIT, per darvi un’idea, è un pezzo grosso: un proto-oncogene che gioca ruoli chiave in un sacco di processi cellulari, dalla proliferazione alla differenziazione, fino alla sopravvivenza delle cellule. È come un direttore d’orchestra per molte funzioni vitali, inclusa la spermatogenesi, ovvero la produzione degli spermatozoi. Se KIT non funziona a dovere, possono sorgere problemi seri, come difetti di pigmentazione, anemia e, appunto, sterilità.

Un Topo per Amico: Creare un Modello per Capire

Per vederci chiaro, abbiamo deciso di simulare questa situazione in laboratorio. Come? Creando un modello di topo (che chiameremo KitD17/+) a cui manca proprio una copia dell’esone 17 del gene Kit (l’equivalente del KIT suino). L’idea era: se questa delezione ha un impatto sui maiali, dovremmo vedere qualcosa di simile anche nei nostri topolini. E ragazzi, i risultati sono stati piuttosto eloquenti!

Abbiamo osservato questi topi KitD17/+ e li abbiamo confrontati con topi normali (Kit+/+) a diverse età (5, 7 e 9 settimane). La prima cosa che è saltata all’occhio è stata la dimensione degli organi riproduttivi. Mentre il peso corporeo generale non cambiava – quindi la mutazione non sembrava compromettere la crescita generale – i testicoli dei topi KitD17/+ erano significativamente più piccoli e leggeri. E questa differenza diventava sempre più marcata con l’età. A 9 settimane, il rapporto peso testicoli/peso corporeo nei topi normali era quasi quattro volte maggiore rispetto ai nostri topi mutanti! Anche gli epididimi (i tubicini dove maturano gli spermatozoi) erano più piccoli nei topi KitD17/+. Le vescicole seminali, invece, sembravano risentirne un po’ meno, suggerendo un impatto più mirato su testicoli ed epididimi.

Andando a guardare più da vicino, con l’analisi istologica (cioè al microscopio, dopo aver colorato i tessuti), abbiamo notato che i tubuli seminiferi dei topi KitD17/+ presentavano più “spazi vuoti” (vacuolizzazione) e un epitelio più sottile. Immaginate questi tubuli come le “fabbriche” degli spermatozoi: se la struttura è compromessa, la produzione ne risente.

Qualità dello Sperma e Fertilità: Un Crollo Preoccupante

Le alterazioni strutturali osservate nei testicoli e negli epididimi ci hanno fatto subito pensare: e la qualità dello sperma? E la fertilità? Per rispondere, abbiamo usato un sistema computerizzato (CASA) per analizzare gli spermatozoi dei topi adulti. I risultati sono stati netti: i topi KitD17/+ avevano un numero di spermatozoi drasticamente inferiore rispetto ai controlli. Non solo: anche la vitalità e la motilità erano compromesse. Parametri come la velocità, la linearità del movimento, la frequenza del battito della coda erano tutti significativamente più bassi.

Nonostante questa qualità spermatica ridotta, i maschi KitD17/+ erano ancora fertili, ma le cucciolate che generavano erano considerevolmente più piccole rispetto a quelle dei maschi normali. Curiosamente, le femmine KitD17/+ non mostravano differenze significative nella dimensione delle cucciolate, suggerendo che questo specifico “difetto” del gene Kit sia meno critico per lo sviluppo riproduttivo femminile. Insomma, la delezione dell’esone 17 ha un impatto pesante sulla capacità riproduttiva dei maschi.

Dentro la Fabbrica degli Spermatozoi: Cosa Va Storto?

A questo punto, volevamo capire quali tipi di cellule nei testicoli fossero più colpite. Abbiamo usato dei marcatori specifici per “etichettare” diverse popolazioni cellulari.

• Spermatogoni indifferenziati (marcatore Pgp9.5): queste sono le cellule staminali che danno origine a tutti gli spermatozoi. Il loro numero non sembrava cambiare.
• Cellule di Sertoli (marcatore Sox9): sono le “nutrici” degli spermatozoi in via di sviluppo. Anche qui, nessun cambiamento significativo.

La storia cambiava quando guardavamo le cellule più avanti nel processo di maturazione:

• Cellule germinali in differenziazione e meiosi (marcatori Dazl, Ddx4, Sycp3): queste cellule, che rappresentano gli spermatogoni in via di differenziazione e gli spermatociti che entrano in meiosi, erano significativamente ridotte nei testicoli dei topi KitD17/+.

Questo ci dice una cosa importante: la delezione dell’esone 17 del gene Kit non impedisce la formazione delle cellule staminali spermatogoniali o delle cellule di Sertoli, ma ostacola seriamente la differenziazione degli spermatogoni, cioè il loro passaggio a stadi più maturi.

Visto che c’erano meno cellule germinali mature, ci siamo chiesti se ciò fosse dovuto a una minore proliferazione (divisione cellulare) o a una maggiore morte cellulare (apoptosi). Abbiamo scoperto che non c’era una differenza significativa nella proliferazione cellulare (marcatore Ki67). Invece, l’analisi TUNEL (una tecnica per vedere le cellule in apoptosi) ha rivelato un aumento notevole di cellule apoptotiche nei tubuli seminiferi dei topi KitD17/+. Quindi, la delezione dell’esone 17 non solo frena la differenziazione, ma promuove anche la morte delle cellule germinali. Un doppio smacco!

Il “Perché” Molecolare: La Via di Segnalazione MAPK-ERK Sotto Tiro

Ok, abbiamo visto cosa succede, ma perché? Per capirlo, siamo andati a frugare tra i geni espressi nei testicoli dei nostri topi, usando una tecnica chiamata RNA-seq. Questa analisi ci ha mostrato che nei topi KitD17/+ c’era una ridotta espressione di molti geni coinvolti nella meiosi e nella spermatogenesi. Questo combaciava perfettamente con le nostre osservazioni sulla ridotta differenziazione e qualità spermatica.

Tra le varie vie di segnalazione cellulare potenzialmente alterate, una in particolare ha attirato la nostra attenzione: la via MAPK-ERK. Questa via è cruciale per la differenziazione e l’apoptosi cellulare. La nostra ipotesi era che la delezione dell’esone 17, che codifica per una parte importante del dominio tirosin-chinasico della proteina KIT, potesse compromettere la sua capacità di “accendersi” (fosforilarsi) e, di conseguenza, di attivare correttamente la cascata MAPK-ERK.

Per verificarlo, abbiamo analizzato i livelli di diverse proteine chiave. Abbiamo visto che, sebbene la quantità totale della proteina KIT non cambiasse, la sua forma fosforilata (cioè attiva) era significativamente ridotta nei testicoli dei topi KitD17/+. E come un effetto domino, anche i livelli delle forme fosforilate delle proteine a valle nella via MAPK-ERK – RAF(P), MEK1/2(P) e ERK1/2(P) – erano notevolmente più bassi. Bingo! La delezione dell’esone 17 “inceppa” l’attivazione di KIT e, di conseguenza, attenua tutta la via di segnalazione MAPK-ERK. Questo, a sua volta, potrebbe essere il meccanismo principale dietro i problemi di differenziazione degli spermatogoni.

Cosa Ci Dice Tutto Questo per i Maiali (e Non Solo)?

Questa ricerca sui topi ci ha dato una conferma importante: l’esone 17 del gene Kit è fondamentale per la sua attività tirosin-chinasica e per le funzioni di segnalazione nella spermatogenesi. La sua assenza, o meglio, il suo “salto” a causa della mutazione di splicing, compromette gravemente lo sviluppo testicolare, la produzione e la qualità degli spermatozoi, e quindi la fertilità maschile. I problemi osservati nei maiali bianchi dominanti, come testicoli più piccoli e scarsa qualità del seme, possono essere in gran parte attribuiti a questa specifica mutazione.

La cosa interessante è che le 41 paia di basi dell’esone 17 codificano per una regione altamente conservata del dominio tirosin-chinasico, che include un residuo di tirosina (Tyr 823) cruciale. La sua perdita compromette la capacità della proteina KIT di inviare segnali corretti.

E ora, la domanda da un milione di dollari: si può fare qualcosa? Beh, la tecnologia di editing genetico, come CRISPR/Cas9 o l’editing di base, apre scenari interessanti. In teoria, correggere quella mutazione di splicing nei maiali bianchi dominanti potrebbe ripristinare la piena funzionalità del gene KIT, migliorando la spermatogenesi e, di conseguenza, la qualità del seme. Non ci sono ancora esempi diretti di miglioramento della qualità del seme tramite editing genetico su larga scala in questo contesto, ma studi su altri geni (come MSTN nei bovini) hanno mostrato che l’editing genetico può influenzare positivamente i parametri spermatici.

In conclusione, il nostro studio ha svelato come una piccola modifica genetica, la delezione dell’esone 17 del gene Kit, possa avere effetti a cascata così profondi sulla fertilità maschile, agendo principalmente attraverso l’indebolimento della via di segnalazione MAPK-ERK. Questi risultati non solo ci aiutano a capire meglio i meccanismi alla base della spermatogenesi, ma forniscono anche una base teorica per future strategie volte a migliorare la fertilità e la qualità del seme negli animali di interesse zootecnico. Un piccolo esone, un grande impatto!

Fonte: Springer