Identità
e statuto dell'embrione umano: il contributo della biologia
- II parte
di
SERRA A. e COLOMBO R. in AA.VV. Identità
e statuto dell'embrione umano, Libreria Editrice
Vaticana, Citta del Vaticano, 1998 - Tratto da http://www.academiavita.org
Quando
si cerca di rispondere alle due domande principali: 1) Che
cosa possono dire legittimamente le scienze sperimentali
sullo status dell'embrione?; 2) Che cosa ci
dicono le scienze sperimentali su quando inizia il ciclo
vitale di un individuo umano?, assai spesso ci si trova
di fronte a due ostacoli: una informazione erronea o incompleta
riguardo alla embriogenesi umana, e interpretazioni non
corrette dei pertinenti dati di osservazione o sperimentali.
Lo scopo di questa sezione è precisamente quello di descrivere
sinteticamente le tappe principali del processo dello sviluppo
umano, particolarmente nei primi 14 giorni dopo la fertilizzazione,
in modo da facilitare la risposta a quelle domande.
La epigenesi dell'embrione
Lo
zigote o embrione unicellulare
Il
“concepimento” di un individuo umano è il punto
finale di un complesso processo detto processo di fertilizzazione,1
il cui percorso « consiste di parecchie tappe che avvengono
in un ordine obbligato ».2 In questo processo sono impegnate
due cellule straordinariamente dotate e teleologicamente
programmate: un oocita e uno spermatozoo.
La
cronologia di questo processo multigrado inizia immediatamente
quando lo spermatozoo aderisce al compatto rivestimento
extracellulare dell'oocita, la zona pellucida,3 alla quale
si lega strettamente attraverso la mediazione dei recettori
per gli spermatozoi presenti nella zona pellucida –
costituiti principalmente dalla glicoproteina ZP3 –
e delle complementari proteine leganti che si trovano nella
membrana plasmatica dello spermatozoo. Sebbene la natura
dei recettori complementari, localizzati sulla superficie
dello spermatozoo, che legano la ZP3, e degli eventi susseguenti
al segnale di transduzione, siano ancora oggetto di studio,4
si sa che, non appena è avvenuto il riconoscimento specie-specifico
tra i gameti, nello spermatozoo legato si completa la reazione
acrosomica. La membrana acrosomica esterna e la membrana
plasmatica dello spermatozoo si fondono in molti punti dando
origine a piccole vescicole che secernono principalmente
acrosina, una proteinasi tripsino-simile. Questo enzima
facilita la penetrazione dello spermatozoo attraverso la
zona pellucida dissolvendo la matrice della zona e favorendone
il legame con un'altra proteina zonale, la ZP2, la quale,
interagendo con la testa modificata del gamete maschile
lo aiuta ad attraversare la zona alla velocità di circa
1 micron per minuto. Il primo spermatozoo che raggiunge
l'esile spazio perivitellinico, situato tra la zona pellucida
e la membrana plasmatica dell'oocita, può allora fondersi
con quest'ultima, dando immediatamente avvio alla singamia,
cioè all'inglobamento dello spermatozoo nell'oocita, sotto
la forza trainante dei microvilli e di proteine contrattili
– l'actina e la miosina – della zona corticale.
Nel caso della fertilizzazione umana, in tale processo sono
implicati anche altri fattori complementari, tra cui il
CD46, il C3b e C1q.5
A
seguito della fusione tra lo spermio e l'oocita, il secondo
diviene straordinariamente attivo e inizia una cascata di
eventi che culmina nell'avvio dello sviluppo embrionale.
Espressione di questa attivazione sono le variazioni nella
composizione ionica dell'oocita, dovute principalmente ad
un improvviso e transitorio aumento della concentrazione
intracellulare degli ioni calcio sotto l'azione dell'oscillina,
una proteina recentemente scoperta che induce la propagazione
dell'“onda” ionica detta “onda del calcio”,
che segna l'inizio dello sviluppo embrionale.6
Si
è formata una nuova cellula: lo zigote o embrione
unicellulare. Questa nuova cellula incomincia ad operare
come un sistema unico, cioè come una unità,
un essere vivente ontologicamente unitario, essenzialmente
simile – sebbene con alcune peculiarità – ad
ogni altra cellula in fase mitotica. Una delle prime attività
del nuovo sistema è la reazione corticale, che consiste
nella secrezione di enzimi idrolitici – quali le proteinasi,
le perossidasi e altri enzimi – da parte delle migliaia
di granuli corticali simili ai lisosomi e localizzati nella
zona periferica dell'oocita, che porta all'inattivazione
dei recettori spermatici nella zona pellucida e all'indurimento
della stessa, impedendo così la polispermia e favorendo
l'isolamento e la protezione del nuovo essere che inizia
il suo proprio ciclo vitale. B. M. Shapiro, dopo aver descritto
le complessità delle reazioni chimiche che preparano questo
« microincubatore » per il nuovo organismo durante il suo
sviluppo precoce, fa osservare che questa notevole capsula
di fertilizzazione è necessaria « per la protezione all'inizio
dello sviluppo, quando si stabiliscono gli assi embrionali.
[...] L'avvio del piano somatico complessivo dipende dalla
comunicazione intercellulare, e la capsula di fertilizzazione
isola i blastomeri dagli influssi extraembrionali »: in
realtà « essa è centrale per uno sviluppo normale e costituisce
un elegante soluzione nella morfogenesi ».7
La
riorganizzazione del nuovo genoma, che rappresenta
il principale centro di informazione per lo sviluppo del
nuovo essere umano e per tutte le sue ulteriori funzioni,
è la più importante tra le molte altre attività di questa
nuova cellula. Sulla base di dati molto recenti,8 sappiamo
che entro tre-sei ore dall'incorporazione dello spermatozoo,
a partire dal centrosoma maschile presso la base della testa
dello spermatozoo incominciano a organizzarsi dei microtubuli
che si dispongono a raggiera e l'oocita completa la sua
meiosi II con l'estrusione del secondo globulo polare. Mentre
i pronuclei maschile e femminile continuano a decondensarsi
e si avvicinano l'uno all'altro, il DNA si replica, i microtubuli
dal pronucleo maschile proseguono la loro espansione fino
a circoscrivere entrambi i due pronuclei che si accostano
strettamente l'uno all'altro: è la fase detta di cariogamia,
che si verifica attorno alla 15a ora dalla fertilizzazione.
A questo punto il centrosoma si divide e, a partire dai
pronuclei, si organizza una struttura bipolare di microtubuli.
Circa un'ora e mezza dopo, alla prima profase mitotica,
i cromosomi maschili e femminili si condensano separatamente,
mentre nella struttura dei microtubuli sono chiaramente
visibili i poli del primo fuso mitotico. I cromosomi si
allineano all'equatore del fuso e si distribuiscono in modo
ordinato nel citoplasma che ha incominciato a dividersi,
fino a che si sono formate, con il completamento della citodieresi,
due cellule, ciascuna dotata di una copia dell'intero genoma,
che rimangono unite l'una all'altra formando l'embrione
a due cellule.
L'esposizione
di questi dati essenziali sulla formazione dello zigote
e sul passaggio da embrione unicellulare a embrione di due
cellule indica, con tutta evidenza, che alla fusione
dei gameti incomincia a operare come una unità una nuova
cellula umana, dotata di una nuova ed esclusiva struttura
informazionale che costituisce la base del suo ulteriore
sviluppo.
Al
fine di comprendere meglio l'autentica natura di questa
nuova cellula, sono da sottolineare due caratteristiche,
che saranno ulteriormente chiarite in seguito. La prima
è che lo zigote esiste ed opera dalla singamia
come un essere ontologicamente unitario, e con una
precisa identità. La seconda è che lo zigote è intrinsecamente
orientato e determinato ad un ben definito sviluppo.
Entrambe le caratteristiche, identità e orientamento,
sono essenzialmente dovute alla informazione genetica di
cui è dotato. Questa informazione – sostanzialmente
invariante – è, in realtà, il fondamento della
appartenenza dello zigote alla specie umana e della
sua singolarità individuale o identità, e
contiene un completo programma codificato, che lo
dota di enormi potenzialità morfogenetiche che si
realizzeranno autonomamente e gradualmente durante
il processo epigenetico rigorosamente orientato. Queste
potenzialità non significano mere “possibilità”,
ma rappresentano delle capacità naturali intrinseche
ad un essere, che è già esistente, di realizzare, nelle
dovute condizioni, l'intero piano codificato.
Se
la realtà si mostra allo studioso di embriologia così, sorge
allora la domanda cruciale: Questa cellula, lo zigote,
rappresenta anche il punto esatto nello spazio e nel tempo
dove un nuovo organismo individuale umano inizia il suo
proprio ciclo vitale? Per rispondere a questa domanda
è indispensabile l'analisi del processo epigenetico che
parte da questa cellula. Al nostro scopo, sono da distinguere
tre periodi: (1) dallo zigote alla blastociste; (2) dalla
blastociste al disco embrionale; e (3) dal disco embrionale
al feto.
Dallo
zigote alla blastociste
In
un periodo di circa cinque giorni, si ha una rapida moltiplicazione
cellulare sotto il controllo di un largo numero di geni
coinvolti in molti eventi del ciclo mitotico,9 dalla produzione
di cicline e proteine-kinasi, che regolano il ciclo
stesso, alla sintesi di enzimi e altre proteine necessarie
per la strutturazione e l'attività del crescente numero
di cellule. Questa crescita, tuttavia, è completamente diversa
da quella che avviene nelle colture cellulari in vitro.
Infatti, dallo stadio di 2-8 cellule esse rimangono
legate tra loro mediante microvilli e ponti citoplasmatici
intercellulari, che facilitano la trasmissione di segnali
tra cellula e cellula, assolutamente necessaria per un accrescimento
ordinato. Questo contatto diventa altamente adesivo allo
stadio di 8-32 cellule, detto di morula: stadio
che è caratterizzato da due processi principali: la compattazione
e la polarizzazione.
Durante
la compattazione, fra il terzo e quarto ciclo cellulare
(il secondo e terzo giorno dalla fertilizzazione), –
definito da H. Vögler come « la fase della riorganizzazione
delle singole cellule e della reciproca interazione »10
– le cellule aderiscono tra loro ancora più fortemente,
massimizzando l'area di contatto e formando particolari
complessi giunzionali,11 chiamati tight junctions
e gap junctions, che favoriscono un rapido trasporto
intercellulare di ioni e molecole segnale ed il progresso
del normale processo di sviluppo, che potrebbe invece risultare
alterato in assenza anche di una sola proteina giunzionale.12
Durante
la polarizzazione13 intorno al quarto giorno dalla
fertilizzazione, si assiste ad una ridistribuzione di strutture
endocellulari quali il nucleo, i mitocondri, i microtubuli,
le grosse molecole come l'actina, la clatrina, la caderina
(uvomorulina) – una molecola di adesione – e
l'enzima adenosina trifosfatasi (ATPasi). Al quarto ciclo
di moltiplicazione cellulare possono così essere chiaramente
riconosciuti due tipi di cellule: quelle polari in
cui è avvenuta la ridistribuzione, e quelle apolari.
Esse assumono posizioni differenti: alla perifieria le prime
e al centro le seconde, e ricevono un destino differente,
le prime dando origine alla linea cellulare trofoblastica
e le seconde alla linea cellulare embrioblastica,
imprimendo così all'embrione una vera eterogeneità morfologica.
Questa
eterogeneità diviene ancora più evidente al quinto giorno
dalla fertilizzazione, (sesto o settimo ciclo cellulare),
quando appare la blastociste, formata da circa 64-128
cellule. Allora possono essere distinti tre tipi di strati
cellulari, istologicamente differenti e con destini diversi:
il trofoblasto murale e il trofoblasto polare,
derivanti dalla differenziazione delle cellule della linea
trofoblastica; l'ectoderma primitivo e l'endoderma,
derivanti dalla differenziazione della massa cellulare
interna formata dalla linea cellulare embrioblastica.
Fino
a questo stadio lo sviluppo embrionale avviene all'interno
dell'involucro di fertilizzazione, che origina dal
processo di indurimento (“hardening”)
della zona pellucida, involucro che protegge l'embrione
in sviluppo e gli impedisce di aderire alle pareti tubariche.
Le membrane cellulari delle cellule del trofectoderma contengono
una pompa sodio-potassio (Na+K+-ATPasi) rivolta
verso il blastocele, che trasporta ioni sodio all'interno
della cavità centrale. Questo accumulo di ioni sodio provoca
una passaggio osmotico di acqua, che si accumula nella cavità
blastocelica aumentandone il volume.14 Quando l'embrione
raggiunge l'utero, e prima dell'inizio del processo dell'impianto,
la blastociste fuoriesce (“hatching”)
dall'involucro di fertilizzazione così che può liberamente
aderire all'epitelio endometriale uterino, usualmente nella
parte superiore della parete posteriore dell'utero.
Dal
blastociste al disco embrionale
Sebbene
blastocisti umane possano passare in vitro attraverso
alcuni dei primi stadi tipici dello sviluppo dopo l'impianto,
giungendo fino alla formazione del sinciziotrofoblasto anche
in assenza del supporto endometriale, tuttavia vari studi
sperimentali sullo sviluppo in vitro di blastocisti
di topo, di coniglio e umane suggeriscono che in queste
condizioni la crescita embrionale diventa anormale.15 L'impianto
appare perciò come obbligatorio per un ulteriore sviluppo
embrionale normale.
E
ormai ben definito16 che l'impianto, il quale nella specie
umana sembra normalmente iniziare appena l'embrione è entrato
nell'utero, implica una serie integrata di stimoli e risposte,
cioè un dialogo attivo tra cellule materne e cellule della
blastociste: fatto che suppone, quindi, un ruolo attivo
per ambedue. La natura e l'integrazione dei vari stimoli
e risposte, che esigono una precisa sincronia, sono ancora
oggetto di studio.17 Tuttavia, ci sia concesso ricordare
almeno alcuni dati rilevanti.
L'utero
è preparato per l'impianto dall'azione di ormoni steroidei,
prodotti nell'ovaio durante una precoce fase secretoria,
che influenza la sintesi di proteine steroido-sensibili.
Tra queste vi sono: 1) enzimi, come le peptidasi, le glicosidasi
e le esterasi usate nella digestione della zona pellucida
e nella modificazione dell'endometrio e del trofoblasto
per facilitare l'impianto; 2) proteine impegnate nella protezione
del feto dalla risposta immunitaria della madre; e 3) altre
proteine che stimolano eo regolano, direttamente o indirettamente,
lo sviluppo embrionale, in particolare quelle della famiglia
del fattore di crescita epidermico (EGF) e il fattore inibitore
della leucemia (LIF).
L'embrione,
per parte sua, molto presto dopo l'impianto – o molto
verosimilmente anche prima – secerne la proteina b-1
specifica di gravidanza (sp1), la gonadotropina corionica
umana (b-hCG) e il 17-b-estradiolo. Questi
favoriscono la permanenza del corpo luteo e collaborano
al processo, a tre stadi, dell'adesione dell'embrione all'utero.
Nel primo stadio, quello di apposizione, i microvilli
dell'epitelio uterino e del trofoblasto (che diventerà sinciziotrofoblasto)
si interdigitano, mentre alla superficie della blastociste
si accumulano proteine e glicoproteine, tra cui il recettore
del fattore di crescita epidermico (EGFR) e la 1-b-interleukina
(IL-1b), che facilitano gli altri due passi –
cioè la adesione all'utero e la penetrazione
nello stroma endometriale attraverso l'epitelio uterino
–, stabilizzando così definitivamente l'embrione.
Contemporaneamente
a questi eventi, nel periodo detto “finestra di impianto”,
tra il sesto e il quattordicesimo giorno dal concepimento,
l'embrione prosegue lungo i successivi passi della differenziazione.
A circa otto giorni di età, nella blastociste – che
ha raggiunto un diametro di circa 0,1 mm – appare
la cavità amniotica. Nel frattempo l'ectoderma primitivo,
derivato dalla massa cellulare interna, diventa un disco
– l'epiblasto – composto di cellule cilindriche
che, insieme con il sottile strato sottostante di piccole
cellule vescicolate dell'endoderma embrionale, forma una
struttura bilaminare detta disco embrionale. Al decimo
giorno l'amnios si è già differenziato, il sacco
vitellinico primitivo è delimitato, ed il trofoblasto polare
con il mesoderma extraembrionale dà origine al chorion,
da cui si svilupperà la placenta. Tra l'undecimo e il quattordicesimo
giorno, dal citotrofoblasto attorno all'embrione si proiettano
nel sinciziotrofoblasto delle piccole masse di tessuto,
dove esse continueranno a crescere fino a formare i villi
coriali, mentre il disco embrionale raggiunge i 0,15-0,20
mm di diametro, circondato dal chorion. Infine, circa 14
giorni dopo la fertilizzazione, all'estremo caudale dell'embrione
appare un denso gruppo di cellule, detto stria primitiva,
che segna la formazione di un terzo strato di cellule, il
mesoderma.
Dal
disco embrionale al feto
Il
disco embrionale, una struttura altamente complessa
composta di molte migliaia di cellule, rappresenta un punto
di arrivo altamente significativo tra gli stadi iniziali
dello sviluppo precoce del nuovo essere umano, e anche un
punto decisivo per il suo futuro sviluppo. Infatti,
durante le successive tre settimane, in questo disco embrionale
– che è un tutt'uno con le cosidette strutture
extraembrionali, amnios e chorion in particolare, senza
le quali non potrebbe esserci ulteriore sviluppo –
è definito il disegno generale del corpo (body
plan) e iniziato il modellamento (patterning)
dei differenti organi e tessuti, seguito dalla istogenesi
e dall'organogenesi.
Alla
quinta settimana di gestazione, quando la lunghezza dell'embrione
è ancora di poco inferiore a 1 cm, sono già presenti –
sia pure allo stato primordiale – le strutture del
cervello, del cuore, e di alcuni tratti polmonari, gastro-enterici
ed urinari, ed è iniziata la differenziazione sessuale;
alla sesta settimana i primordi degli arti sono chiaramente
visibili e alla settima settimana la forma del corpo è completa.
Il
controllo del processo epigenetico
Questa
sommaria analisi del processo di sviluppo a livello morfologico
sarebbe sufficiente per risolvere la questione cruciale
circa il punto esatto nel tempo quando un nuovo organismo
individuale umano inizia il suo proprio ciclo vitale. Tuttavia,
assai recentemente, sono emersi nuovi dati che riguardano
il controllo del processo epigenetico e che sono in grado
di dare maggior forza alla argomentazione sinora esposta.
M.
Barinaga, nel presentare i risultati di una intervista a
eminenti biologi dello sviluppo, in occasione del primo
centenario della nascita della embriologia moderna, fondata
da Wilhelm Roux nel 1894, affermava che i ricercatori «
stanno arrivando ai segreti di come una singola cellula
uovo fertilizzata passi attraverso la complessa e magnificamente
orchestrata serie di cambiamenti che creano un intero organismo
».18 Tra i segreti che restano ancora in parte da svelare
ricordiamo i più decisivi: 1) Come tutti i processi finora
scoperti, dallo zigote al disco embrionale e oltre, possono
avvenire con tale ordine e regolarità nello
spazio e nel tempo? 2) Che cosa induce e regola la differenziazione
cellulare, lo stabilirsi delle linee cellulari,
l'ordinata aggregazione di cellule e tessuti nei
vari organi e in aree ben definite in modo tale da assicurare
armonia e unità nella totalità corporea
in crescita? 3) Come può la forma completa di un
nuovo soggetto essere generata da una sola cellula, lo zigote?
Non
è ancora possibile dare una risposta esaustiva a queste
domande. Tuttavia due linee principali di ricerca condotte
su molti modelli animali19 – dal piccolo nematode
Caenorhabditis elegans (costituito di sole 959 cellule,
di cui 302 nervose), agli insetti, anfibi, pesci e mammiferi
(primati e uomo inclusi) – hanno fornito dati che
offrono alcune importanti chiavi per penetrare un poco di
più nella profondità di quei segreti. La prima linea
di ricerca è l'analisi delle modificazioni biochimiche
che avvengono nelle singole cellule, nelle differenti linee
cellulari e in varie regioni del corpo in fase di crescita,
con particolare attenzione ai singoli stadi dell'organizzazione
della forma definitiva. La seconda linea di ricerca,
ora in rapida evoluzione, è la scoperta, attraverso i metodi
della genetica classica e, oggi, soprattutto della nuova
genetica, dei geni coinvolti nei molti steps
epigenetici, dallo zigote fino all'acquisizione della definitiva
conformazione somatica.
Alcuni
risultati meritano di essere qui ricordati.
E
ormai certo che il nuovo genoma, che si stabilisce
nello zigote, assume il controllo di tutto il processo
morfogenetico sin dai primissimi stadi dello sviluppo.20
« L'attivazione dei geni zigotici è assolutamente essenziale
per il proseguimento dello sviluppo »21 anche se una notevole
quantità di prodotti di trascrizione (mRNA) e di traduzione
(proteine) dei geni di origine materna, accumulati durante
la crescita e la maturazione dell'oocita, vengono usati
per sostenere i primissimi stadi dello sviluppo; ma essi
sono molto presto e gradualmente sostituiti dai nuovi prodotti
genici, derivanti dalla trascrizione e traduzione del nuovo
genoma dell'embrione.22 Come nota G.M. Kidder, « una importante
conseguenza è che tutte le fasi della morfogenesi (se non
tutte le divisioni iniziali) prima dell'impianto dipendono
dall'espressione di geni propri dell'embrione ».23 Ciò è
rivelato dall'esistenza di mutazioni letali, presenti nel
genoma embrionale, che operano negativamente nel periodo
dello sviluppo pre-impianto,24 e dalla sensibilità
di tre importanti passaggi morfogenetici25 ad agenti che
impediscono la trascrizione del DNA o la sintesi delle proteine.
Già nel 1976, W. Engel e W. Franke, riassumendo un gran
numero di osservazioni sullo sviluppo nel coniglio, concludevano
che l'attivazione del nuovo genoma « deve avvenire dallo
stadio di una cellula, affinché lo sviluppo possa continuare
al di là dello stadio di otto cellule ».26
La
prima prova che un'attivazione molto precoce del nuovo genoma
avviene anche nell'embrione umano è stata fornita da P.
Braude e dai suoi collaboratori.27 Utilizzando 7 zigoti
umani e 26 embrioni prodotti in vitro – 6 allo
stadio di due cellule, 10 allo stadio di quattro cellule
e 10 allo stadio di otto cellule – poterono dimostrare
che, almeno nel passaggio da 4 a 8 cellule, il nuovo genoma
diventa attivo nel controllo della produzione di nuove proteine.
Altri studi con metodi più sensibili hanno recentemente
dimostrato che l'attivazione di almeno una parte del genoma
del nuovo embrione inizia allo stadio di zigote. M. Fiddler
e i suoi collaboratori,28 applicando la nuova tecnica della
reazione a catena della polimerasi con trascrizione inversa
(RTPCR) trovarono che il gene SRY – il primo gene
nella cascata per la differenziazione gonadica – è
attivo dallo stadio di una cellula (zigote) a quello di
blastula. Con il raffinamento delle tecniche e dei modelli
di ricerca, ulteriori dati in questa direzione non mancheranno
di aggiungersi a quelli già in nostro possesso.29 Tutti
suggeriscono che è proprio il nuovo genoma, che si
stabilisce alla fertilizzazione, la base e il costante
supporto della unità strutturale e funzionale dell'embrione,
che si sviluppa lungo una traiettoria che mantiene sempre
una ben definita direzione.
Questa,
che fu per lungo tempo una mera intuizione, si trasformò
in evidenza solo quando si venne finalmente a conoscenza
dei numerosi fattori implicati nella persistente direzionalità
dello sviluppo embrionale, e si comprese meglio l'estesa
e comprensiva attività del genoma. In realtà, da tutte queste
conoscenze emerge anche un'altra conclusione, che la
regolazione del processo dello sviluppo è il risultato di
un'attività gerarchicamente ordinata di tre principali classi
di geni: i geni chiamati “posizionali” (coordinate
genes), “selettori” (selector genes) e “realizzatori”
(realizator genes).30
I
geni posizionali,31 attraverso la produzione e l'attività
di “proteine morfogenetiche” e di altre molecole
ad azione simile (morfògeni), stabiliscono l'esatta posizione
di cellule o gruppi di cellule lungo gli assi antero-posteriore
e dorso-ventrale dell'embrione, contribuendo così
alla definizione del piano corporeo generale.
I
geni selettori32 regolano la sequenza dei processi
di differenziazione, nel tempo e nello spazio lungo gli
assi, che sono determinati dall'attività dei geni posizionali:
attraverso la produzione di fattori di trascrizione
essi specificano nel piano corporeo generale le numerose
regioni dove si verranno a formare i vari organi e tessuti,
operazione indicata come modellamento (patterning).
I
geni realizzatori,33 sotto l'influenza dei geni selettori
dai cui prodotti o fattori di trascrizione sono attivati
o repressi, conducono alla definitiva struttura dei
singoli organi con i vari tessuti da cui sono costituiti.
In
conclusione, il compito specifico di queste migliaia di
geni regolatori è quello di determinare la differenziazione
delle cellule e la graduale strutturazione dei vari organi,
attraverso l'azione di una enorme varietà di macromolecole,
di cui controllano la produzione. E facile immaginare la
complessità delle interazioni tra questi geni, sia
allo stesso livello di organizzazione che a livelli differenti.
Questa complessità aumenta necessariamente con il progredire
dello sviluppo, e, perciò implica molti altri fattori di
regolazione e meccanismi di autocontrollo, specialmente
al fine di facilitare le comunicazioni tra l'ambiente extracellulare
e le cellule, tra cellula e cellula, e tra il citoplasma
e il nucleo che contiene la massima parte dell'informazione
genetica.
Di
fatto, continuano ad essere progressivamente descritte nuove
classi di geni,34 che controllano la produzione di importanti
molecole, quali le molecole di adesione cellulare
(CAM, cell adhesion molecules), le molecole di
adesione al substrato (SAM, substrate adhesion molecules),
i recettori, e i “secondi messaggeri”
o molecole di segnalazione. E sufficiente, ad esempio,
che muti uno dei quattro geni dei ricettori del fattore
di crescita fibroblastico (FGFR) perché si manifestino nell'embrione
delle gravi malformazioni. Per ricordarne una sola di queste,
una mutazione nel gene del recettore 3 (FGFR3) provoca la
displasia tanatoforica.35 Giustamente L. Wolpert ha fatto
notare che “La chiave vera per capire lo sviluppo
sta nella biologia cellulare, nei processi di transduzione
dei segnali e di controllo dell'espressione dei geni che
portano a modificazioni nello stato, nei meccanismi e nella
crescita delle cellule”.36
'induzione
biologica
Finora
si sono brevemente descritti i primi stadi dello sviluppo
dell'embrione umano, e si è accennato al suo controllo genetico.
Non si è inteso né verificare né falsificare alcuna particolare
ipotesi. Lo scopo era di offrire la conoscenza di alcuni
aspetti essenziali del complesso processo biologico che
è lo sviluppo di un essere umano. Questa conoscenza è la
premessa necessaria per una risposta alle domande: 1) Quale
è lo stato di un embrione umano precoce?, e 2) Quando
un essere umano comincia il suo proprio ciclo vitale?.
Per
rispondere a queste domande non è necessario formulare nuove
ipotesi, ma semplicemente analizzare i nostri dati induttivamente.
Questo può essere fatto prendendo in considerazione le tre
principali proprietà che caratterizzano l'intero processo
epigenetico il quale, secondo C.H. Waddington che introdusse
il termine di epigenesi, potrebbe essere descritto
come « l'emergenza continua di una forma da stadi precedenti
».37
La
coordinazione
La
prima proprietà è la coordinazione. Lo sviluppo embrionale,
dal momento della fusione dei gameti fino alla formazione
del disco embrionale circa 14 giorni dopo la singamia, e
ancora più evidentemente dopo, è un processo dove esiste
una sequenza e interazione coordinata di attività molecolari
e cellulari, sotto il controllo del nuovo genoma, che è
modulato da una cascata ininterrotta di segnali trasmessi
da cellula a cellula e dall'ambiente esterno eo interno
alle singole cellule.
Precisamente
questa innegabile proprietà implica e, ancora più,
esige una rigorosa unità dell'essere che è
in costante sviluppo. Più la ricerca scientifica progredisce,
più questa unità appare essere garantita dal nuovo genoma,
dove un gran numero di geni regolatori assicurano il tempo
esatto, il posto preciso e la specificità degli eventi morfogenetici.
J. Van Blerkom, concludendo un'analisi della natura del
programma di sviluppo dei primi stadi degli embrioni di
mammiferi, sottolinea chiaramente questa proprietà: « Le
prove disponibili suggeriscono che gli eventi nell'oocita
in maturazione e nell'embrione precoce seguono una sequenza
diretta da un programma intrinseco. L'evidente autonomia
di questo programma indica una interdipendenza e coordinazione
ai livelli molecolare e cellulare, che ha come risultato
l'espressione di una cascata di eventi morfogenetici ».38
Tutto
ciò conduce alla conclusione che l'embrione umano –
come ogni altro embrione – anche nei suoi primi stadi
non è, come afferma N.M. Ford « soltanto un ammasso
di cellule », « ciascuna delle quali è un individuo ontologicamente
distinto »,39 ma che l'intero embrione è un reale individuo
– nel senso dichiarato nella prima parte – dove
le singole cellule sono strettamente integrate in
un processo mediante il quale esso traduce autonomamente,
momento per momento, il suo proprio spazio genetico
nel suo proprio spazio organismico.
La
continuità
La
seconda proprietà è la continuità. Sembra innegabile,
sulla base dei dati sinora presentati, che alla singamia
inizia un nuovo ciclo vitale. « La funzione ultima dello
spermatozoo è di fondersi con la membrana plasmatica dell'oocita.
Al momento della fusione [singamia] esso cessa di essere
uno spermatozoo e diventa parte di una cellula formata di
nuovo, lo zigote ».40 Lo zigote è il primordio del
nuovo organismo, che si trova proprio all'inizio del suo
ciclo vitale. Se si considera il profilo dinamico di questo
ciclo nel tempo, appare chiaramente che procede senza interruzioni:
il primo ciclo non termina al disco embrionale, né un altro
ciclo inizia da quel punto in poi. Un singolo evento, come
la moltiplicazione cellulare o la comparsa di vari tessuti
e organi, può apparire discontinuo ai nostri occhi; tuttavia,
ciascuno di essi è l'espressione finale, a un dato istante,
di una successione ininterrotta di eventi – si potrebbe
dire infinitesimali – connessi l'uno con l'altro senza
una soluzione di continuità.
Questa
proprietà implica e stabilisce la unicità
o singolarità del nuovo essere umano: dalla singamia in
poi esso è sempre lo stesso individuo umano che si costruisce
autonomamente secondo un piano rigorosamente definito,
pur passando attraverso stadi che sono qualitativamente
sempre più complessi.
La
gradualità
La
terza proprietà è la gradualità. La forma finale
è raggiunta gradualmente: si tratta di una legge ontogenetica,
di una costante del processo riproduttivo. Questa legge
del graduale costruirsi della forma finale attraverso molti
stadi partendo dallo zigote implica ed esige
una regolazione che deve essere intrinseca
ad ogni singolo embrione, e mantiene lo sviluppo permanentemente
orientato nella direzione della forma finale. E precisamente
a causa di questa legge epigenetica intrinseca, la
quale è scritta nel genoma e incomincia ad operare dal momento
della fusione dei due gameti, che ogni embrione –
e quindi anche l'embrione umano – mantiene permanentemente
la propria identità, individualità e unicità,
rimanendo ininterrottamente lo stesso identico individuo
durante tutto il processo dello sviluppo, dalla singamia
in poi, nonostante la sempre crescente complessità della
sua totalità.
W.J.
Gehring riconobbe chiaramente questa legge, anticipando
i futuri progressi della genetica dello sviluppo: « Gli
organismi – scriveva – si sviluppano secondo
un preciso programma che specifica il loro piano corporeo
in grande dettaglio e determina inoltre la sequenza e la
temporizzazione degli eventi epigenetici. Questa informazione
è immagazzinata nelle sequenze *nucleotidiche del DNA [...].
Il programma di sviluppo consiste in un preciso quadro spaziale
e temporale di espressione dei geni strutturali che formano
la base dello sviluppo. Lo sviluppo normale richiede l'espressione
coordinata di migliaia di questi geni in una modalità concertata.
Poiché il controllo indipendente dei singoli geni strutturali
condurrebbe a uno sviluppo caotico, noi possiamo predire
che ci sono geni di controllo che regolano l'attività coordinata
di gruppi di geni strutturali ».41
La
risposta
E
evidentemente chiaro che le tre proprietà ricordate, ad
una considerazione spassionata, soddisfano perfettamente
i criteri essenziali stabiliti da una riflessione meta-biologica
per la definizione di un “individuo”.
Perciò
la induzione logica dai dati forniti dalle scienze sperimentali
conducono all'unica possibile conclusione, e cioè che, a
parte fortuiti eventi di disturbo, alla fusione dei due
gameti un nuovo reale individuo umano incomincia la propria
esistenza, o ciclo vitale, durante il quale –
date tutte le condizioni necessarie e sufficienti –
realizzerà autonomamente tutte le potenzialità di cui è
intrinsecamente dotato. L'embrione, pertanto, dal tempo
della fusione dei gameti è un reale individuo umano,
non un potenziale individuo umano.
Noi
riteniamo che le chiare affermazioni della Istruzione
su il rispetto della vita umana nascente e la dignità della
procreazione, pubblicata dalla Congregazione per la
Dottrina della Fede nel 1987, siano scientificamente corrette.
Esse recitano: « Dalle recenti acquisizioni [del]la biologia
umana [... si ...] riconosce che nello zigote derivante
dalla fecondazione si è già costituita l'identità biologica
di un nuovo individuo umano ».42
RIFERIMENTI
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è costituita da tre principali glicoproteine differenti
(ZP1, ZP2 e ZP3). La gliocoproteina zonale più studiata
è la ZP3, a motivo del fatto che questa molecola, almeno
nel topo, gioca un ruolo determinante nel riconoscimento
dello spermio e nella induzione della reazione acrosomiale.
(4)
Cf M.G. O'Rand, Steps in fertilization process: understanding
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(6)
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(7)
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(8)
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(9)
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(10)
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(11)
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(12)
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(13)
Cf M.H. Johnson, B. Maro, Time and space in the mouse
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(16)
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L'impianto della blastociste umana è un « paradosso biologico
» (H.W. Denker, Implantation: a cell biological paradox,
Journal of Experimental Zoology 1993, 266: 541-558)
che non può essere facilmente spiegato con le conoscenze
biologiche attuali. Come possono due cellule epiteliali
(le cellule del trofectoderma della blastociste e le cellule
epiteliali dell'endometrio) stabilire un così forte contatto
tra le loro membrane apicali che sono generalmente prive
di cellule di adesione? Per una recente rassegna della letteratura
e una discussione su un ipotetico modello molecolare di
come possa avvenire l'impianto della blastociste umana,
vedi P. Bischof, A. Campana, A model for implantation
of the human blastocyst and early placentation, Human
Reproduction Update 1996, 2: 262-270.
(18)
Cf M. Barinaga, Looking to development's future,
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(19)
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(23)
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(24)
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(25)
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(27)
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(35)
Cf T.P. Yamaguchy, J. Rossant, Fibroblast growth factor
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(36)
Cf L. Wolpert, Do we understand development?, Science
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(37)
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(38)
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(39)
Cf N.M. Ford, When did I begin? Conception of the human
individual in history, philosophy and science, Cambridge:
Cambridge University Press, 1988, p. 145. Man mano che si
rendono disponibili nuovi dati citologici e molecolari sugli
embrioni precoci di mammifero, viene a mancare ogni forza
all'affermazione di Ford che « almeno fino allo stadio di
8 cellule nell'embrione umano ci sono 8 distinti individui
piuttosto che un solo individuo multicellulare » (p. 137).
(40)
Cf D.G. Myles, P. Primakoff, Why did the sperm cross
the cumulus? To get to the oocyte. Functions of the sperm
surface protein PH-20 and fertilin in arriving at,
and fusing with, the egg. Biology of Reproduction 1997,
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(41)
Cf W.J., Gehring, Homeo-boxes in the study of development,
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(42)
Cf Congregazione per la Dottrina della Fede, Istruzione
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procreazione “Donum vitae” (22 febbraio
1987), Acta Apostolicae Sedis 80 (1988) 70-102, p.
82.