C’è più nei geni che nel DNA

Biologi nel Regno Unito e in Austria hanno scoperto 71 nuovi geni impressi nel genoma del topo.

I biologi delle università di Bath e Vienna hanno scoperto 71 nuovi geni «impressati» nel genoma del topo, una scoperta che li avvicina di un passo alla scoperta di alcuni dei misteri dell’epigenetica, un campo della scienza che descrive come vengono attivati ​​i geni ( e off) in cellule diverse a diversi stadi di sviluppo e pubertà.

Per comprendere l’importanza dei geni impressi nell’ereditarietà, dobbiamo fare un passo indietro e chiederci come funziona l’ereditarietà in generale. La maggior parte dei 30 trilioni di cellule del corpo umano contiene geni che provengono sia dalla madre che dal padre, con ogni genitore che contribuisce con una copia di ciascun gene. La combinazione unica di geni contribuisce a rendere unico un individuo. Di solito ogni gene in una coppia è attivo o inattivo in una particolare cellula. Questo non è il caso dei geni impressi. Questi geni, che costituiscono meno dell’uno per cento del totale di oltre 20.000 geni, tendono ad essere più attivi (a volte più attivi) in una copia dei genitori che nell’altra.

Finora, i ricercatori erano a conoscenza di circa 130 geni ben documentati impressi nel genoma del topo – le nuove aggiunte aumentano quel numero a più di 200. Il professor Tony Berry, che ha guidato la ricerca del Dipartimento di Biologia e Biochimica di Bath, ha affermato : «L’imprinting colpisce un’importante famiglia di geni, con effetti diversi sulla salute e sulla malattia, quindi gli oltre settanta nuovi geni si sommano a un pezzo importante del puzzle».

L’importanza degli istoni

Un attento esame dei geni appena identificati ha permesso al professor Berry e ai colleghi di fare una seconda importante scoperta: l’attivazione e la disattivazione dei geni impressi non è sempre associata alla metilazione del DNA, poiché i gruppi metilici vengono aggiunti al DNA genomico (un processo noto per sopprimere l’attività genica su e spento). La metilazione del DNA è il primo tipo conosciuto di fingerprinting ed è stata scoperta circa trent’anni fa. Dai risultati del nuovo lavoro, sembra che il maggior contributo al processo di imprinting sia dato dagli istoni, le strutture che sono avvolte nel DNA genomico nei cromosomi.

Un normale embrione di topo di 4 giorni (L) e un feto della stessa età sono stati manipolati per contenere solo cromosomi materni (partenogenote). In questa fase, gli embrioni (blastocisti) appaiono simili, ma il bathnogenetic morirà presto, il che conferma l’importanza di ereditare i geni impressi da entrambi i genitori. Diversi tipi di cellule sono colorati di verde o rosso. Credito: dott. Maki Asami, Università di Bath

Sebbene gli scienziati sapessero da tempo che gli istoni agiscono come interruttori «sbiaditi» per i geni, facendoli svanire (o riaccendersi), fino ad ora si pensava che la metilazione del DNA fornisse la chiave principale per l’attività dei geni impressi. I risultati del nuovo studio mettono in dubbio questa ipotesi: diversi geni appena identificati sono stati trovati associati ad alterazioni dell’istone 3 lisina 27 (H3K27me3) e solo una minoranza alla metilazione del DNA.

Perché la stampa è importante

Gli scienziati non hanno ancora capito come attivare o disattivare una copia parentale di un gene (o disattivarla) e mantenerla così mentre l’altro è nello stato opposto. È noto che gran parte di questa commutazione on/off si verifica durante la formazione dei gameti (sperma e uovo), ma i meccanismi esatti rimangono poco chiari. Questo nuovo studio indica l’intrigante possibilità che alcuni geni impressi possano non essere marcati nei gameti, ma diventare attivi più tardi nello sviluppo, o addirittura nell’età adulta.

Sebbene includa solo una piccola percentuale di geni, l’imprinting è importante in età avanzata. Se si verifica un errore e il gene imprintato di un genitore viene attivato quando dovrebbe essere disattivato (o Anzi), si verifica la malattia o la morte. I geni impressi sono associati a molte malattie, compresi i disordini neurologici e metabolici e il cancro.

«Possiamo sottovalutare la relazione tra l’imprinting e la malattia, così come la relazione tra l’imprinting e l’eredità delle malattie acquisite dai genitori, come l’obesità», ha affermato il professor Perry. «Speriamo che questo quadro migliore della natura aumenterà la nostra comprensione della malattia».

Riferimento: «L’imprinting genetico nelle blastocisti di topo è principalmente associato a H3K27me3» di Laura Santini, Florian Halpreter, Fabian Titz-Tixeira, Toru Suzuki, Maki Asami, Xiaoyan Ma, Julia Ramsmayr, Andreas Lackner, Nick War, Florian Poehler e Simon Heppenmeier Ernst Lau, Matthias Varleck, Christoph Bock, Andreas Beyer, Anthony CF Berry e Martin Lieb, 21 giugno 2021, Connessioni con la natura.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23510-4