Ora, i ricercatori dell’Università di Guelph stanno iniziando a capire perché, individuando come i cuori di alligatore traggono vantaggio dalle difficili condizioni iniziali nell’uovo, in un nuovo studio pubblicato su Scientific Reports.
È una ricerca fondamentale che ha un potenziale significativo per beneficiare gli esseri umani.
Gli alligatori, come molte lucertole e tartarughe, iniziano la vita come uova sepolte in nidi profondi, con quelle sepolte più in profondità che ricevono la minor quantità di ossigeno.
“Il poco ossigeno in questa prima fase della vita influisce sulla crescita normale e sui processi di sviluppo, specialmente nel cuore. Nei mammiferi placentari, come noi, questi cambiamenti sono negativi e durano fino all’età adulta. Ma in alligatori stiamo vedendo qualcosa di diverso: quelli con il meno ossigeno nel nido potrebbe effettivamente prosperare,” ha detto Sarah Alderman, un professore aggiunto nel dipartimento di biologia integrativa di U di G che ha guidato lo studio.
Gli alligatori che si sviluppano in condizioni di basso ossigeno – o ipossia – emergono dal nido con i cuori che sono più grandi e più forte di loro fratelli che avevano accesso a più aria come embrioni. I loro cuori anche eseguire meglio durante lo sforzo, che potrebbe aiutarli a trattenere il respiro più a lungo o resistere attraverso un inseguimento.
Quello che Alderman e i suoi collaboratori volevano capire era quali cambiamenti si verificano che creano questi cuori più forti, più efficiente. Così hanno deciso di identificare quali differenze proteiche segnano il cuore ipossico dell’alligatore.
Un team del Rockefeller Wildlife Refuge in Louisiana ha recuperato le uova di alligatore dalle zone umide del rifugio e le ha inviate ai colleghi della University of North Texas. Lì, alcune delle uova sono state tenute in incubatrici con ipossia, mentre il resto è stato allevato in incubatrici con normali livelli di ossigeno.
Il team U of G ha ricevuto campioni dei cuori di alligatore e, con il finanziamento del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), ha analizzato le proteine all’interno di questi cuori utilizzando un metodo noto come “shotgun proteomics.”
Hanno trovato segni che il basso ossigeno nell’uovo ha indotto uno spostamento nell’abbondanza di alcune molecole chiave che il cuore usa per fare le proteine del cuore, per integrare queste proteine nelle loro cellule e per rimuovere e riciclare rapidamente qualsiasi proteina danneggiata.
“Essenzialmente, questi alligatori hanno accelerato il macchinario necessario per questi processi”, ha detto Alderman.
La maggior parte dei cambiamenti che hanno trovato nei cuori embrionali erano ancora evidenti due anni dopo nei cuori di giovani alligatori anche allevati in ipossia.
Anche Alderman ha scoperto che i cuori ipossici avevano più proteine coinvolte nella ripartizione dei lipidi, o grassi, necessari per l’energia.
“I cuori sono più efficienti quando bruciano i grassi per l’energia”, ha detto Alderman, notando che il cuore degli atleti è particolarmente bravo in questo. “Ma negli esseri umani, quando il cuore progredisce verso l’insufficienza cardiaca, passa a bruciare zuccheri.”
Il fatto che i cuori di alligatore dagli embrioni allevati in ipossia sviluppano una maggiore capacità di utilizzare i lipidi per l’energia nella vita successiva potrebbe essere la chiave del perché l’ipossia non è dannosa per loro come una condizione simile sarebbe stata per un cuore umano in via di sviluppo.
Mentre il team del Texas è stato in grado di studiare gli alligatori solo fino a quando erano due anni – “Dopo di che, diventa un po’ pericoloso tenere gli alligatori in un laboratorio,” Alderman ha notato – tutti i segni puntano a questi cambiamenti nell’espressione delle proteine nel cuore essere permanente.
Prof. Todd Gillis, un professore del dipartimento di biologia integrativa, dice che questa ricerca mostra quanto siano importanti le condizioni ambientali durante lo sviluppo embrionale per la successiva salute dell’adulto.
“Chiaramente, i fattori di stress che si verificano in questa fase iniziale hanno conseguenze a lungo termine perché, come vediamo qui, cambia la biologia dell’animale”, ha detto.
Gillis, che è un membro fondatore del centro U di G per le indagini cardiovascolari, dice che il prossimo passo è quello di identificare ciò che innesca questi importanti cambiamenti nell’espressione delle proteine. Se questo può essere identificato, si apre un modo di applicare i risultati agli esseri umani con cuori indeboliti, ha detto Gillis.
“Se si potesse trovare un modo per accendere questi percorsi e poi mantenere che, che potrebbe essere un modo per migliorare la funzione cardiaca e mantenere il cuore sano.”
Questo team di ricerca ha recentemente ricevuto finanziamenti dalla National Science Foundation negli Stati Uniti per continuare questo lavoro. Alderman attende con ansia la prossima fase della ricerca, notando che gli alligatori sono affascinanti da studiare.
“Gli alligatori hanno camminato su questo pianeta molto più a lungo degli esseri umani, e non sono cambiati molto in questo tempo – quindi qualsiasi cosa stiano facendo i loro cuori, lo stanno facendo davvero bene.”