DNA SPAZZATURA

18 Apr 2013 06:05

DNA “SPAZZATURA”

RUOLO IMPORTANTE IN ALCUNE GRAVI MALATTIE NEUROLOGICHE

 Se i concetti di rifiuto e spazzatura sono frutto dell’era del consumismo in cui viviamo, per decenni si è continuato a pensare che anche nelle cellule esistessero quantità di DNA definibili come “spazzatura” (o “junk DNA”), cioè ampie porzioni del patrimonio genetico  non soggetti all’azione della selezione naturale, rimasuglio di esperimenti falliti della natura, che persistono in quanto i processi molecolari che generano DNA extra superano quelli che lo ripuliscono e lo riducono; rappresenta quel 95% del nostro materiale genetico che non codifica direttamente per le proteine, e per questo un tempo ritenuto inutile. 

Poi, con il progetto genoma umano e con le nuove tecniche di sequenziamento, si scoprì che soltanto una piccola percentuale del patrimonio ereditario è costituito da geni che codificano per proteine (non più di 25.000 geni per la specie umana, cifra di vari ordini di grandezza inferiore a quanto era stato previsto considerando la nostra complessità biologica) e il concetto di DNA spazzatura ebbe il suo trionfo. Si concluse che il genoma umano era ridondante, pieno di materiale di risulta e di rumore di fondo.

Ma in natura si sa, non esiste il concetto di “rifiuto”.

Recenti studi stanno infatti facendo luce sulla funzione di questo DNA, che sembrerebbe avere un ruolo importante in alcune gravi malattie neurologiche e nello sviluppo del cervello.

Scienziati della University of California di San Francisco (UCSF) hanno pubblicato sulla rivista  Cell Stem Cell una ricerca riguardante speciali RNA, gli lncRNA (Long non-coding RNAs).

“La funzione di queste molecole di RNA nel cervello era ad oggi misteriosa e sta cominciando solo ora ad essere scoperta”, ha detto Daniel Lim uno degli autori dello studio. L’ RNA messaggero è trascritto dal DNA genico e traduce la sintesi di  proteine, invece le molecole di lncRNA non hanno informazioni sulla costituzione delle proteine facendo pensare che non fossero determinanti nella vita di una cellula.

Attraverso analisi computazionale, il dr A. Ramos ha cercato di stabilire eventuali relazioni tra  lncRNA  e attivazione dei geni; esaminando nello specifico dei modelli associati a particolari percorsi di sviluppo neuronale o alla progressione di alcune malattie, ha trovato un’associazione tra un set di 88 RNA lunghi non codificanti e la malattia di Huntington (una malattia neurodegenerativa letale) e la malattia di Alzheimer, le crisi convulsive, il disturbo depressivo maggiore e vari tipi di cancro. “Ramos ha sviluppato questa nuova direzione di ricerca, ha fatto la maggior parte degli esperimenti, e ha collegato i risultati al resto del lavoro del laboratorio”, dice Lim.

Lo studio ha scoperto circa 2000 molecole di lncRNA (sulle circa 9.000 che si ritiene esistano nei mammiferi) ed ha rivelato che esse agiscono “epigeneticamente” e non attraverso i cambiamenti nel DNA. Hanno un ruolo biologico in quanto capaci di legare proteine strutturali al DNA influenzando, anche se  indirettamente, l’attivazione dei geni  e di conseguenza la fisiologia della cellula. In particolare gli lncRNA agiscono a livello delle cellule del sistema nervoso centrale, in una regione del cervello chiamata zona sub-ventricolare, che si sovrappone direttamente allo striato. Questa è la parte del cervello in cui i neuroni vengono distrutti dall’Huntington, una condizione innescata da un singolo difetto genetico.

I dati prodotti da questo studio sono talmente tanti che i ricercatori hanno creato un sito web accessibile anche da altri scienziati che vogliano occuparsi di questa ricerca. “C’è abbastanza per alimentare il lavoro di diversi laboratori” – dice Ramos, che continua – “La generazione di nuove cellule nervose nel cervello adulto, le cellule staminali neurali e lo sviluppo del cervello e delle cellule staminali embrionali dovrebbero essere di interesse per gli scienziati che studiano gli RNA non codificanti”.

Quindi oggi  sappiamo che parte dello junk DNA  svolge un ruolo fondamentale nel regolare l’espressione dei geni, attraverso la codifica di diversi tipi di RNA: da uno studio pubblicato su  Development  e condotto dall’ Istituto Italiano di Tecnologia emerge che sono circa 3000 i geni identificati che potrebbero essere regolati con questi meccanismi. In particolare è stato studiato il gene FOXP2 (ritenuto fondamentale per lo sviluppo del linguaggio verbale nell’uomo) la cui espressione e regolazione è dovuta a due specifici microRNA, e che tale regolazione è fondamentale per il corretto sviluppo nel cervello del circuito cortico-basale, deputato appunto al controllo del linguaggio. Il ruolo di FOXP2 è di produrre una proteina che si lega a particolari segmenti di DNA, regolandone l’espressione e portando alla strutturazione del circuito cortico-basale. “L’identificazione di questi due particolari microRNA e della loro funzione,” ha dichiarato Davide De Pietri Tonelli, coordinatore dello studio, “apre la strada all’analisi di nuove regioni del gene FOXP2, a tutt’oggi sconosciute. Questo orizzonte di studio si rivela particolarmente importante perché se questo gene non viene espresso nei tempi e nei modi corretti è causa di gravi deficit dell’articolazione verbale, come la diprassia verbale, accompagnati da difficoltà linguistiche e grammaticali”.
“Oggi si ipotizza inoltre che l’insorgenza di alcune forme di autismo possano essere legate ad una errata regolazione del gene FOXP2, ma non esistono studi che lo dimostrino,” aggiunge De Pietri Tonelli. “Attraverso questi risultati, invece, si potrebbero identificare delle nuove strade da seguire per far luce su questa patologia, tanto grave, quanto complessa”.