I mitocondri e lo sviluppo della linea germinale

Quali mitocondri vengono ereditati? C'è un fenotipo sotto selezione che favorisce la segregazione di specifici mitocondri nella linea germinale? Ci sono differenze tra i vari gruppi animali?

In questa linea di ricerca studiamo lo sviluppo della linea germinale ed i meccanismi di eredità dei mitocondri: dalla loro segregazione nella linea germinale durante lo sviluppo dell'embrione, alla loro attività nei gameti attraverso cui vengono trasmessi di generazione in generazione.

I mitocondri producono energia per il funzionamento delle cellule. L'attività di questi organelli è stata spesso messa in relazione all'invecchiamento cellulare: alcune molecole derivanti dal processo di produzione di energia, così come gli errori nella replicazione del DNA durante la moltiplicazione cellulare, possono danneggiare i mitocondri e portare alla morte della cellula, a volte generando anche problemi all'intero organismo. Similmente, la presenza di linee mitocondriali diverse in uno stesso individuo (eteroplasmia), che invece in genere presenta un unico tipo di mitocondri, è stata messa in relazione con varie patologie.

Questa linea di ricerca è focalizzata sullo studio dei meccanismi che favoriscono la trasmissione, di generazione in generazione, di mitocondri "in salute" e di come l'eteroplasmia possa influenzare lo sviluppo dell'individuo.

A tal fine, svolgiamo analisi comparative volte a stabilire:

1. l'attività mitocondriale nei gameti e la possibile relazione tra tipo di attività mitocondriale (per esempio per il nuoto dello spermatozoo) ed il danneggiamento del genoma mitocondriale;
2. le differenze tra le popolazioni di mitocondri presenti nelle cellule germinali, che quindi vengono trasmessi alla progenie, e quelle presenti nelle cellule somatiche.

La comprensione di come si forma la linea germinale e da quali mitocondri viene popolata in diversi modelli animali e l'individuazione di similitudini e differenze tra di essi, sono di fondamentale importanza per estendere le conoscenze acquisite ad un livello più generale. I dati ottenuti potranno inoltre aiutare a rispondere ad importanti domande sull'evoluzione degli animali, come, per esempio, chiarire se la necessità di mantenere un genoma mitocondriale ben funzionante possa essere stata alla base dell'origine dei due sessi (due tipi di gameti), influenzando quindi lo sviluppo della linea germinale. Metodi di analisi - Marcatori mitocondriali in vivo vengono utilizzati per caratterizzare l'attività mitocondriale. Tecniche di immunolocalizzazione di proteine di diverse linee mitocondriali vengono utilizzate per determinare la presenza ed il livello di eteroplasmia (se presente a livello di tessuto, cellula e/o singolo mitocondrio). L'immunolocalizzazione di proteine espresse dalle cellule germinali viene quindi utilizzata per caratterizzare le dinamiche di sviluppo della linea germinale. Nuovi target coinvolti in questi processi vengono individuati tramite comparazioni di dati di trascrizione tra linea germinale e somatica in diversi organismi (vertebrati ed invertebrati).

Collaborazioni 

Sopie Breton (Université de Montréal, Canada),  Sergey Nuzhdin (University of Southern California, Los Angeles, USA), Arkadiy Reunov (St. Francis Xavier University, Canada)

 
Pubblicazioni rilevanti (anni 2015-2019)

• Ghiselli F., Maurizii M.G., Reunov A., Ariño-Bassols H., Cifaldi C., Pecci A., Alexandrova Y., Bettini S., Passamonti M., Franceschini V., Milani L. (2019) Natural heteroplasmy and mitochondrial inheritance in bivalve molluscs. Integrative and Comparative Biology.
• Reunov A., Alexandrova Y., Reunova Y., Komkova A., Milani L. (2019) Germ plasm provides clues on meiosis: the concerted action of germinal granules and mitochondria in clams. Zygote, 27:25-35. https://doi.org/10.1017/S0967199418000588
• Milani L. (2015) Mitochondrial membrane potential: a trait involved in organelle inheritance? Biology Letters, 11: 20150732. doi: 10.1098/rsbl.2015.0732
• Milani L., Ghiselli F. (2015) Mitochondrial activity in gametes and transmission of viable mtDNA. Biology Direct, 10: 22. doi: 10.1186/s13062-015-0057-6Milani L., Maurizii M.G. (2015) Vasa expression in spermatogenic cells during the reproductive-cycle phases of Podarcis sicula (Reptilia, Lacertidae). Journal of Experimental Zoology B (Mol. Dev. Evol.), 324(5):424–434. doi: 10.1002/jez.b.22628