DNA-Immagine Credit Public Domain-
Il codice meccanico del DNA si riferisce alle proprietà fisiche del DNA che sono importanti per la sua funzione di materiale genetico. Queste proprietà includono la struttura della doppia elica, la stabilità dell’accoppiamento di basi e l’elasticità e la flessibilità della molecola. Queste proprietà consentono al DNA di immagazzinare e trasmettere informazioni genetiche e sono influenzate da vari fattori come temperatura, umidità e ph.
Un team internazionale di ricercatori, guidato dalla Durham University nel Regno Unito, ha scoperto modi precedentemente sconosciuti in cui la natura codifica le informazioni biologiche in una sequenza di DNA, decifrando il codice meccanico del DNA.
Il team ha utilizzato una tecnica di sequenziamento del DNA di nuova generazione chiamata loop-seq, che hanno sviluppato, per dimostrare che la specifica sequenza di basi lungo una sezione di DNA determina la piegabilità locale della molecola.
Attraverso un gran numero di misurazioni, insieme all’analisi computazionale e all’apprendimento automatico, hanno determinato il codice meccanico, cioè la mappatura tra la sequenza locale e la deformabilità locale del DNA.
La scoperta che la metilazione altera il codice meccanico presenta la possibilità che i programmi di sviluppo biologico, o malattie come il cancro, possano ottenere una parte dei loro effetti sulle cellule alterando le informazioni codificate tramite il codice meccanico.
La ricerca è stata condotta insieme ai colleghi della Johns Hopkins University, USA, del Barcelona Institute of Science and Technology, Spagna e dell’Università di Barcellona, Spagna.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Structural & Molecular Biology.
Spiegano gli autori:
“Diversi processi di deformazione del DNA sono influenzati dalle proprietà meccaniche e strutturali locali del DNA, che a loro volta dipendono dalla sequenza locale e dalle modifiche epigenetiche. Decifrare questo codice meccanico (ovvero questa dipendenza) è stato difficile a causa della mancanza di metodi sperimentali ad alto rendimento. Qui presentiamo una caratterizzazione completa del codice meccanico. Utilizzando misurazioni ad alto rendimento della piegabilità del DNA tramite loop-seq, abbiamo stabilito quantitativamente in che modo l’occorrenza e la distribuzione spaziale di dinucleotidi, tetranucleotidi e CpG metilato influiscono sulla piegabilità del DNA. Abbiamo utilizzato le nostre misurazioni per sviluppare un modello fisico per la sequenza e la dipendenza dalla metilazione della piegabilità del DNA. Abbiamo convalidato il modello eseguendo loop-seq su sequenze genomiche di topo attorno ai siti di inizio della trascrizione e ai siti di legame CTCF“.
L’autore principale dello studio, il Dottor Aakash Basu della Durham University, ha dichiarato: “Il DNA è un libro che contiene le istruzioni di cui le cellule hanno bisogno per sopravvivere. Ma è un tipo di libro molto speciale, in cui la tua capacità di girare una pagina, riparare uno strappo nella pagina o piegare una pagina dipende dalle parole scritte sulla pagina. Questo perché nel libro del DNA quelle parole in qualche modo controllano anche le proprietà meccaniche della carta”.
Sottolineano che è ben noto che leggere, copiare, impacchettare e riparare le informazioni genetiche immagazzinate nella sequenza di basi (As, Ts, Gs e Cs) lungo il DNA comporta abitualmente processi che richiedono deformazioni meccaniche locali del DNA.
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I ricercatori forniscono la prova che in diversi organismi che vanno dai mammiferi ai batteri, la natura e l’evoluzione hanno sfruttato il codice meccanico per controllare localmente la deformabilità del DNA e quindi, a sua volta, controllare i processi biologici critici che richiedono distorsioni meccaniche del DNA.
I ricercatori si aspettano che questa conoscenza guidi i futuri sviluppi terapeutici e di bioingegneria.
