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Luce sulla metà oscura del nostro patrimonio ereditario
L'origine evolutiva delle sequenze ripetute va ricercato nei trasposoni che si comportano secondo un programma definito e in grado di influenzare la vita delle cellule
D'ora in poi sarà vietato snobbarlo o definirlo, come in passato, "spazzatura": quella metà del nostro genoma costituita da sequenze di DNA ripetute centinaia di migliaia di volte che sembravano prive di significato in realtà risponde a un preciso programma genetico e contribuisce in maniera decisiva a dare un'identità alle diverse cellule dell'organismo umano.
La scoperta è annunciata oggi da Nature Genetics* ed è frutto di una collaborazione internazionale. Vi hanno preso parte il gruppo di lavoro del Laboratorio di Epigenetica del Dulbecco Telethon Institute guidato da Valerio Orlando ed ospitato dall'IRCCS Fondazione Santa Lucia e dall'EBRI di Roma; il team di Piero Carninci dell'OMICS Centre del RIKEN di Yokohama in Giappone; l'Università di Queensland in Australia. In Italia lo studio è stato finanziato da Telethon, da AIRC- Associazione Italiana per la Ricerca sul Cancro e da Compagnia di San Paolo.
Il lavoro segna una tappa storica nella ricerca genetica, svelando come il "lato oscuro del genoma" si comporti esattamente come i geni, che invece rappresentano soltanto il 2% dell'intero patrimonio genetico. Non solo: quelle sequenze ripetute sono essenziali per il corretto funzionamento dei geni. Infatti, i ricercatori hanno dimostrato che alcune di queste sequenze vengono trascritte in precisi momenti della vita cellulare, per esempio durante le prime fasi dello sviluppo o il differenziamento.
Altre sono in grado di inserirsi in prossimità dei geni e di regolarne l'attività: in alcuni casi, questo fenomeno può avere anche effetti patologici significativi come, ad esempio, la trasformazione della cellula sana in una tumorale. Il lavoro di Orlando, Carninci e collaboratori dimostra quindi per la prima volta come tali sequenze si comportino secondo un programma definito e in grado di influenzare la vita delle cellule.
L'origine evolutiva delle sequenze ripetute – che in totale rappresentano ben il 45% dell'intero genoma – va ricercato nei trasposoni, particolari segmenti di DNA che hanno la capacità di spostarsi da una parte all'altra di un cromosoma, oppure da un cromosoma a un altro. I trasposoni hanno un ruolo molto importante dal punto di vista evolutivo, perché data la loro natura mobile sono in grado di creare variabilità e – potenzialmente – di far acquisire o di far perdere delle funzioni biologiche. Già sessant'anni fa la biologa americana Barbara McClintock lo aveva intuito e aveva descritto queste particolari sequenze nella pianta di mais: era il 1951, con due anni in anticipo rispetto alla scoperta della struttura a doppia elica del DNA. Ignorata, quando non direttamente osteggiata dalla comunità scientifica di allora – ancorata a una visione "statica" del genoma – la McClintock ha visto riconosciuti i suoi meriti solo a partire dagli anni Settanta, arrivando poi nel 1983 ad essere insignita del Premio Nobel per la Medicina.
Oggi, grazie soprattutto alle sofisticate tecnologie disponibili (le deep sequencing) e alle competenze multidisciplinari, Orlando, Carninci e i loro collaboratori sono riusciti finalmente a verificare questa fondamentale ipotesi e a "riabilitare" questa grossa porzione del nostro DNA, finora considerata appunto come una sorta di scarto o, meglio, di DNA clandestino e misterioso, apparentemente inutilizzato. La scoperta potrà contribuire all'analisi di tutti quei meccanismi che agiscono "al di sopra dei geni" – detti per questo epigenetici – e che potrebbero influenzare, tra l'altro, la diversa manifestazione delle malattie tra singoli individui, la risposta individuale ai farmaci o, in casi particolari, l'applicabilità della terapia genica.
*Geoffrey J Faulkner, Yasumasa Kimura, Carsten O Daub, Shivangi Wani, Charles Plessy, Katharine M Irvine, Kate Schroder, Nicole Cloonan, Anita L Steptoe, Timo Lassmann, Kazunori Waki, Nadine Hornig, Takahiro Arakawa, Hazuki Takahashi, Jun Kawai, Alistair R R Forrest, Harukazu Suzuki, Yoshihide Hayashizaki, David A Hume, Valerio Orlando, Sean M Grimmond1 & Piero Carninci, "The regulated retrotransposon transcriptome of mammalian cells". Nature Genetics, 2009.
Redazione (20/04/2009)
Pubblicato in Genetica, Biologia Molecolare e Microbiologia
Tag:
junk DNA,
DNA spazzatura,
trasposoni
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