Arabidopsis thaliana
Quando gli organismi trasmettono i loro geni alle generazioni future, essi includono qualcosa di più del codice scritto nel DNA
Alcuni trasmettono anche marcatori chimici che istruiscono le cellule su come utilizzare quel codice. Il passaggio di questi marcatori alle generazioni future è noto come eredità epigenetica. È particolarmente comune nelle piante. Pertanto, risultati significativi potrebbero avere implicazioni per l’agricoltura, le forniture alimentari e l’ambiente.
Il dottor Rob Martienssen (1) e la dottoressa Leemor Joshua-Tor (2), professori del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) e ricercatori dell'HHMI, hanno studiato il modo in cui le piante passano lungo i marcatori che mantengono inattivi i trasposoni. I trasposoni sono anche conosciuti come geni saltatori. Quando sono accesi, possono muoversi e disturbare altri geni. Per silenziarli e proteggere il genoma, le cellule aggiungono segni regolatori a specifici siti del DNA. Questo processo è chiamato metilazione.
Martienssen e Joshua-Tor hanno ora dimostrato come la proteina DDM1 lascia il posto all'enzima che posiziona questi segni sui nuovi filamenti di DNA. Le cellule vegetali (3) hanno bisogno del DDM1 perché il loro DNA è strettamente confezionato. Per mantenere i loro genomi compatti e ordinati, le cellule avvolgono il loro DNA attorno a proteine di imballaggio chiamate istoni. «Ma questo blocca l'accesso al DNA per tutti i tipi di enzimi importanti», spiega Martienssen. «Prima che possa verificarsi la metilazione, devi rimuovere o far scorrere via gli istoni».
Martienssen e l'ex collega del CSHL Eric Richards scoprirono per la prima volta il DDM1 (4) 30 anni fa. Da allora, i ricercatori hanno scoperto che fa scorrere il DNA lungo le proteine di imballaggio per esporre i siti che necessitano di metilazione. Martienssen paragona il movimento a uno yo-yo che scivola lungo una corda. Gli istoni «possono muoversi su e giù nel DNA, esponendo parti del DNA alla volta, ma senza mai cadere», spiega.
Lo studio, pubblicato su CELL (5), descrive che attraverso esperimenti genetici e biochimici, il dottor Martienssen ha individuato gli istoni esatti che il DDM1 sposta. La dottoressa Joshua-Tor ha utilizzato la microscopia crioelettronica (6) per catturare immagini dettagliate dell'enzima che interagisce con il DNA e le proteine di imballaggio associate. Sono stati in grado di vedere come il DDM1 si aggrappa a particolari istoni per rimodellare il DNA confezionato. «Un legame inaspettato che lega insieme il DDM1 si è rivelato corrispondere alla prima mutazione trovata tanti anni fa», afferma Joshua-Tor.
Gli esperimenti hanno anche rivelato come l'affinità del DDM1 per alcuni istoni preservi i controlli epigenetici attraverso le generazioni. Il team ha dimostrato che un istone presente solo nel polline è resistente al DDM1 e funge da segnaposto durante la divisione cellulare (7). «Ricorda dove si trovava l'istone durante lo sviluppo della pianta e conserva quella memoria nella generazione successiva», afferma Martienssen.
Le piante potrebbero non essere sole qui. Gli esseri umani dipendono anche dalle proteine simili a DDM1 per mantenere la metilazione del DNA. La nuova scoperta potrebbe aiutare a spiegare come queste proteine mantengano i nostri genomi funzionali e intatti.
Riferimenti:
(1) Rob Martienssen
(3) How plants leave behind their parents’ genomic baggage
(4) Arabidopsis thaliana DNA methylation mutants
(6) Cryo-EM Facility
(7) DNA replication: A game of precision
Descrizione foto: L'Arabidopsis thaliana è una specie vegetale ampiamente utilizzata per fare scoperte biologiche fondamentali. Con l'aiuto di questo versatile soggetto di prova, gli scienziati del CSHL hanno ora scoperto i segreti di un processo che aiuta a controllare l'ereditarietà. - Credit: Martienssen lab/Cold Spring Harbor Laboratory.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: How plants pass down genetic memories