Il Segreto Sessuale dei Parassiti: Come i microRNA Guidano l’Amore (e la Malattia) nello Schistosoma

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel mondo microscopico dei parassiti, in particolare di uno chiamato Schistosoma japonicum. So cosa state pensando: “Parassiti? Che argomento!”. Ma credetemi, questi organismi nascondono segreti biologici incredibili, soprattutto quando si tratta di… beh, di sesso e riproduzione!

Un Parassita Unico nel Suo Genere

Vedete, lo Schistosoma japonicum è un verme piatto un po’ speciale nel panorama dei parassiti. A differenza di molti suoi “colleghi” trematodi che sono ermafroditi (cioè hanno entrambi i sessi), lui è dioico: esistono maschi e femmine ben distinti. E qui arriva il bello: la femmina, per poter maturare sessualmente e produrre le uova (che sono poi la causa della malattia, la schistosomiasi), ha bisogno di essere costantemente “abbracciata” dal maschio. Sì, avete capito bene! Il maschio ha una specie di canale, chiamato ginecoforo, dove accoglie la femmina. Questo contatto continuo è fondamentale, non solo per un supporto fisico, ma anche perché il maschio passa alla femmina nutrienti e segnali molecolari essenziali. Senza questo “ménage à deux” costante, la femmina non matura e non depone uova. Affascinante, vero?

Nonostante anni di studi, i meccanismi precisi che regolano questa complessa danza riproduttiva sono ancora in gran parte un mistero. Sappiamo che ci sono di mezzo diverse vie di segnalazione, ma i dettagli fini ci sfuggono. Ed è qui che entrano in gioco i protagonisti della nostra storia di oggi: i microRNA (o miRNA).

I MicroRNA: Piccoli Registi Molecolari

Cosa sono i microRNA? Immaginate delle minuscole molecole di RNA, molto più piccole del solito RNA messaggero, che non codificano per proteine ma agiscono come dei veri e propri “registi” molecolari. La loro funzione principale è quella di regolare l’espressione dei geni dopo che sono stati trascritti, un po’ come un direttore d’orchestra che decide quali strumenti devono suonare più forte o più piano. Questi miRNA sono coinvolti in una miriade di processi biologici fondamentali: dallo sviluppo alla crescita, dal metabolismo alle interazioni tra ospite e patogeno.

Negli schistosomi, si è iniziato a capire che i miRNA giocano ruoli cruciali. Alcuni studi hanno già identificato miRNA specifici (come sja-bantam, sja-miR-1, sja-miR-124-3p, sja-miR-31) che influenzano lo sviluppo riproduttivo della femmina e la maturazione delle sue ovaie. Se si “spengono” questi miRNA, l’ovaio della femmina mostra alterazioni significative. Non solo, altri miRNA (come sja-miR-71a, sja-miR-2162, sja-let-7), spesso trasportati in piccole vescicole extracellulari (EVs) rilasciate dal parassita, sembrano modulare la risposta immunitaria dell’ospite e contribuire alla fibrosi negli organi infetti. Insomma, questi piccoli RNA sono potentissimi!

Maschi Accoppiati vs. Maschi Single: Cosa Cambia a Livello Molecolare?

Ora, torniamo ai nostri maschi di Schistosoma japonicum. Cosa succede se un maschio cresce in compagnia di femmine (lo chiameremo MM, Mated Male) rispetto a un maschio che cresce da solo, senza partner (lo chiameremo SM, Single-sex Male)? Già in passato, con il mio gruppo di ricerca, avevamo visto a livello di proteine (con studi di proteomica) che i maschi MM potenziano tutto ciò che riguarda la riproduzione, il metabolismo energetico per sostenere l’accoppiamento e l’adattamento all’ospite. I maschi SM, invece, sembrano più concentrati sulla loro sopravvivenza e sul mantenimento dell’omeostasi cellulare, un po’ come se dicessero: “Ok, niente femmine? Allora penso a me stesso!”.

Ma a livello di miRNA, cosa succede? Questa era la domanda chiave. Dato che i miRNA regolano l’espressione genica, è logico pensare che siano loro a orchestrare, almeno in parte, queste differenze fisiologiche tra maschi MM e SM. E così, ci siamo messi al lavoro.

L’Esperimento: Alla Ricerca dei miRNA Differenziali

Abbiamo preso topi da laboratorio BALB/c (ovviamente seguendo tutte le norme etiche!) e li abbiamo infettati o con cercarie (lo stadio infettivo del parassita) di entrambi i sessi (per ottenere vermi MM) o solo con cercarie maschili (per ottenere vermi SM). Dopo 28 giorni, abbiamo recuperato i vermi adulti. Separare i maschi MM dalle femmine richiede un po’ di pazienza manuale!

Una volta ottenuti i nostri due gruppi di vermi maschi (MM e SM), abbiamo estratto il loro RNA totale, con un focus particolare sui piccoli RNA. Abbiamo poi costruito delle “librerie” di miRNA e le abbiamo sequenziate con una tecnologia avanzata (Illumina NovaSeq 6000). L’obiettivo era identificare quali miRNA fossero espressi a livelli diversi tra i due gruppi: i cosiddetti miRNA differenzialmente espressi (DEMs).

Per essere sicuri dei risultati, abbiamo usato software specifici (come DESeq2) per l’analisi statistica e abbiamo considerato come DEMs quei miRNA che mostravano una differenza di espressione di almeno 1.2 volte (un valore scelto per catturare anche differenze sottili ma potenzialmente significative) e con una significatività statistica (P-value ≤ 0.05).

I Risultati: Un Nuovo Profilo di miRNA

E cosa abbiamo trovato? Abbiamo identificato un totale di 20 DEMs tra i maschi MM e SM. Di questi, 9 erano più abbondanti (upregulated) nei maschi MM (quelli accoppiati), mentre 11 erano più abbondanti nei maschi SM (i single). Questo già ci dice che l’accoppiamento, o la sua assenza, induce cambiamenti specifici nel profilo dei miRNA del maschio.

Per confermare i dati del sequenziamento, abbiamo selezionato 14 di questi miRNA e ne abbiamo misurato l’espressione con un’altra tecnica, la qPCR (quantitative PCR). I risultati hanno confermato l’andamento osservato nel sequenziamento per 12 miRNA su 14, dandoci buona confidenza nei dati.

Decifrare il Messaggio: Le Funzioni dei DEMs

Ok, abbiamo trovato miRNA diversi, ma cosa fanno? Per capirlo, abbiamo usato strumenti di bioinformatica (come miRanda) per predire quali geni potessero essere i “bersagli” di questi DEMs. Una volta ottenuta la lista dei geni bersaglio potenziali, abbiamo eseguito analisi di arricchimento funzionale (GO – Gene Ontology e KEGG – Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes).

Queste analisi ci hanno suggerito che i geni regolati dai nostri DEMs sono coinvolti in processi importanti come:

• Il trasporto intracellulare (fondamentale per muovere molecole dentro la cellula)
• Il processamento dell’RNA (essenziale per la regolazione genica)
• L’omeostasi cellulare (mantenere l’equilibrio interno della cellula)
• La formazione di strutture cellulari (come i ponti intercellulari)
• Il metabolismo energetico (come la fosforilazione ossidativa)

Questi risultati si collegano bene alle differenze fisiologiche osservate: i maschi MM potrebbero aver bisogno di regolare finemente il trasporto e la comunicazione cellulare per l’interazione con la femmina, mentre i maschi SM potrebbero concentrarsi sul mantenimento della stabilità cellulare e metabolica in assenza di stimoli riproduttivi.

Abbiamo anche validato con qPCR l’espressione di alcuni geni bersaglio specifici. Ad esempio, un gene coinvolto nel trasporto vescicolare (Ras-related protein Rab-4A) era più espresso nei maschi MM, suggerendo una maggiore attività di trasporto, forse legata alla segnalazione maschio-femmina. Al contrario, geni legati alla sintesi proteica (Elongation Factor 1-Alpha) e alla replicazione del DNA (DNA replication licensing factor mcm7-A) erano più espressi nei maschi SM, coerentemente con un focus sulla crescita e sul mantenimento cellulare piuttosto che sulla riproduzione. Anche un gene per una proteina del citoscheletro (T-complex protein 1 subunit delta) era più espresso negli SM, forse per rinforzare la stabilità strutturale e metabolica.

Confronto con il Passato: Identificare i miRNA Chiave

Ma non ci siamo fermati qui. Abbiamo confrontato i nostri DEMs con quelli trovati in altri studi su S. japonicum, condotti in condizioni diverse: femmine single vs. accoppiate, vermi cresciuti in ospiti diversi (topi normali, topi immunodeficienti SCID, ratti, bufali, bovini…). Questo ci ha permesso di identificare miRNA che sembrano essere costantemente associati a uno stato “maturo” (vermi accoppiati o in ospiti permissivi) o “immaturo” (vermi single o in ospiti non permissivi).

Nel gruppo “maturo”, abbiamo trovato sja-miR-3491 e sja-miR-3502. Questi miRNA mostrano un’espressione bassa ma stabile durante lo sviluppo, suggerendo un ruolo nel mantenimento dell’omeostasi generale del parassita maturo.

Nel gruppo “immaturo” o associato a condizioni non ottimali, sono emersi miRNA più studiati, come:

• sja-miR-124-3p: Noto per il suo ruolo nella crescita, sviluppo e riproduzione. È più espresso in ospiti non permissivi e nelle femmine single, suggerendo un ruolo nell’adattamento a condizioni sfavorevoli e nella regolazione dello sviluppo sessuale. Si sa che regola un gene importante (DDX1) per la sopravvivenza e la riproduzione del parassita.
• sja-miR-8-3p e sja-miR-10-5p: Implicati in vari processi di sviluppo e regolazione, con possibili ruoli conservati anche rispetto agli insetti (dove miR-8 regola la metamorfosi).
• sja-miR-2c-5p: Espresso prevalentemente nelle femmine, trovato anche nel siero degli ospiti infetti, potenzialmente utile per la diagnosi.
• sja-miR-3479-3p: Espresso principalmente nei maschi, anch’esso trovato nel siero e nelle vescicole extracellulari. La sua quantità è correlata al carico di uova nel fegato e alla gravità della fibrosi, rendendolo un potenziale biomarker di progressione della malattia. Curiosamente, un suo omologo nel verme epatico cancerogeno Opisthorchis viverrini promuove la proliferazione cellulare, suggerendo ruoli importanti e forse conservati nelle interazioni ospite-parassita.

Conclusioni (Provvisorie) e Prospettive Future

Cosa ci dice tutto questo? Che anche se le differenze morfologiche tra maschi MM e SM sono sottili, a livello molecolare, e in particolare a livello dei miRNA, i cambiamenti sono evidenti. Questi piccoli regolatori sembrano agire “a monte”, orchestrando programmi genici che portano alle differenze fisiologiche osservate tra i due gruppi (focus sulla riproduzione vs. focus sulla sopravvivenza).

Questo studio aggiunge un tassello importante alla nostra comprensione della biologia dello Schistosoma, in particolare su come l’interazione tra i sessi influenzi lo sviluppo e l’adattamento del parassita. C’è ancora tantissimo da scoprire sulle funzioni specifiche di molti miRNA in questo e altri schistosomi (come S. mansoni e S. haematobium).

Capire a fondo queste reti di regolazione non è solo affascinante dal punto di vista biologico, ma potrebbe aprire la strada a nuove strategie diagnostiche (usando i miRNA come biomarcatori nel sangue, ad esempio) e terapeutiche per combattere la schistosomiasi, una malattia che affligge milioni di persone nel mondo. La ricerca continua, e chissà quali altri segreti questi piccoli vermi e i loro minuscoli registi molecolari ci riveleranno in futuro!

Fonte: Springer