Comunicato stampa dell'irccs eugenio medea

Cromosomi in conflitto

Le proteine che legano i telomeri lottano contro il DNA egoista per evitare errori di segregazione. La storia evolutiva di queste molecole in uno studio dell’IRCCS Medea in collaborazione con l’Università degli Studi di Milano appena pubblicato sulla rivista scientifica della Oxford University.

Un gruppo di ricerca italiano ha analizzato la storia evolutiva di molecole essenziali per il mantenimento dei telomeri.
Utilizzando metodiche di biologia computazionale, i ricercatori hanno studiato le proteine che si legano ai telomeri in più di 60 specie di mammiferi e hanno dimostrato che tali proteine evolvono in maniera insolitamente rapida a causa della selezione naturale.

Lo studio, guidato da Manuela Sironi dell’IRCCS Medea in collaborazione con l’Università degli Studi di Milano, è stato appena pubblicato su Nucleic Acid Research, della Oxford University Press.
I telomeri sono sequenze di DNA ripetuto che, insieme alle proteine che vi si legano, formano una specie di cappuccio protettivo localizzato nelle regioni terminali dei cromosomi. Sono essenziali per la vita della cellula ed il loro accorciamento fisiologico causa senescenza. Inoltre, i telomeri svolgono un ruolo importantissimo durante il processo di formazione di oociti e spermatozoi: in questa fase, attraverso le proteine ad essi legate, coordinano il movimento dei cromosomi a formare una struttura denominata “bouquet”, perché ricorda un mazzo di fiori. Il bouquet è fondamentale per garantire che i cromosomi vengano correttamente ripartiti.

“Abbiamo inizialmente pensato - afferma Chiara Pontremoli dell’IRCCS Medea - che la velocità con cui tali proteine evolvono fosse correlata a caratteristiche delle specie analizzate quali longevità e dimensione corporea, ma le analisi che abbiamo svolto ci hanno consentito di scartare questa ipotesi”.
I ricercatori hanno quindi valutato un'altra possibilità: che le proteine telomeriche siano coinvolte in un conflitto genetico con elementi di DNA egoista. Questi ultimi sono una sorta di parassiti molecolari, cioè sequenze di DNA localizzate nei nostri cromosomi, che promuovono la propria trasmissione senza portare vantaggi all'organismo, anzi, anche a costo di danneggiarlo. Si pensa che nei mammiferi alcuni elementi di DNA egoista favoriscano la propria inclusione nell'oocita, a volte compromettendo la corretta ripartizione dei cromosomi.

“Abbiamo dimostrato che le proteine telomeriche importanti durante la formazione degli oociti evolvono più velocemente di quelle che non sono coinvolte in questo processo” spiegano i ricercatori. “Inoltre, abbiamo trovato una relazione tra la velocità con cui evolvono le proteine telomeriche e il numero di telomeri. Un maggior numero di telomeri indica, potenzialmente, più elementi egoisti. I dati a nostra disposizione suggeriscono, infatti, che il DNA egoista sia localizzato in regioni cromosomiche altamente variabili posizionate immediatamente sotto ai telomeri (regioni sub-telomeriche)”.
Gli autori dello studio ipotizzano che gli elementi egoisti esercitino la propria azione durante le prime fasi della formazione delle cellule uovo, forse alterando in modo sottile la struttura a bouquet dei cromosomi.
Ma quindi, perchè le proteine telomeriche evolvono rapidamente?
“Per combattere l'effetto del DNA egoista e fare in modo che la segregazione dei cromosomi avvenga in modo corretto”, propongono i ricercatori nel loro studio.
La corretta ripartizione dei cromosomi durante la formazione delle cellule germinali è essenziale per la formazione di un embrione con un corredo cromosomico normale. Errori di segregazione possono determinare mancato impianto, aborto spontaneo o nascita di un bimbo con malattia genetica (la più comune è la sindrome di Down, causata da un cromosoma 21 in più). Rimane da valutare se e in che misura i conflitti in cui sono coinvolti i nostri cromosomi abbiano un ruolo in questi fenomeni.

Evolutionary rates of mammalian telomere-stability genes correlate with karyotype features and female germline expression
Chiara Pontremoli 1, Diego Forni 1, Rachele Cagliani 1, Uberto Pozzoli 1, Mario Clerici 2,3, Manuela Sironi 1
1 Bioinformatics, Scientific Institute IRCCS E. MEDEA, 23842 Bosisio Parini, Italy.
2 Department of Physiopathology and Transplantation, University of Milan, 20090 Milan, Italy.
3 Don C. Gnocchi Foundation ONLUS, IRCCS, 20148 Milan, Italy.