Immagine: granuli Z, mostrati in verde, sul bordo dei nuclei cellulari, indicati in rosso. Credito: laboratorio Kennedy.
Gli scienziati hanno scoperto la struttura cellulare che svolge un ruolo nell’ ereditarietà epigenetica.
Sappiamo molto su come i geni vengono trasmessi da genitore a figlio, ma gli scienziati stanno ancora cercando di svelare come le cosiddette istruzioni di informazione epigenetica su quali geni attivare e disattivare, vengano trasmesse di generazione in generazione.
Usando il minuscolo verme Caenorhabditis elegans, un modello semplice e potente per scoprire i meccanismi fondamentali dell’eredità epigenetica, i genetisti e colleghi della Harvard Medical School hanno appena scoperto due nuove proteine che contribuiscono a questo processo.
“Abbiamo qui un fantastico esempio di eredità epigenetica che pensiamo possa dare un contributo importante al campo”, ha detto Scott Kennedy in collaborazione con Philip e Aya Leder, Professore di Genetica presso HMS e autore senior dello studio, pubblicato online il 16 maggio su Nature.
Approfondendo ulteriormente, i ricercatori hanno scoperto che le proteine formano una gocciolina liquida priva di membrana mai vista prima nel citoplasma cellulare, che il team ha soprannominato il granello Z.
Il granello Z interagisce con due goccioline precedentemente identificate in un modo inaspettato che non solo illumina alcuni dei passaggi che portano all’ereditarietà epigenetica, ma fornisce anche nuove intuizioni sul modo in cui i liquidi possono comportarsi all’interno di altri liquidi.
“È eccitante vedere tre goccioline liquide prendere forma all’interno di un quarto liquido, formando configurazioni ordinate e non mescolandosi l’una con l’altra“, ha detto Kennedy.
Kennedy e colleghi sospettano che le goccioline contribuiscano a organizzare il processo di decisione su quali geni esprimere, consentendo solo a determinati RNA di trasformarsi in proteine.
Schermo genico
I ricercatori hanno iniziato con lo screening dei geni necessari per trasferire informazioni epigenetiche da un C. elegans adulto alla sua progenie. Ne hanno individuati due che non erano stati implicati prima.
I geni rendono le proteine ZNFX-1, abbreviazione di “zinc finger NFX1-type 1” e WAGO-4, abbreviazione di “worm argonaute protein 4”.
Entrambe le proteine si legano agli RNA, le stringhe di informazioni genetiche che guidano molti dei fenomeni associati all’eredità epigenetica.
Tagging ZNFX-1 e WAGO-4 con molecole fluorescenti i ricercatorin hanno rivelato che si trovano quasi interamente nelle cellule germinali, che portano a sperma e ovuli. Ciò ha ulteriormente aumentato la fiducia degli scienziati sul fatto che le proteine siano coinvolte nell’ereditarietà.
Dinamica delle goccioline
I ricercatori hanno osservato che C. elegans si sviluppa da un ovulo fecondato in un adulto e hanno scoperto che ZNFX-1 e WAGO-4 iniziano la vita come parte di una gocciolina chiamata granello P.
Questo aveva senso per la squadra: i granuli P sono noti per essere la versione senza fine delle goccioline che si trovano nelle cellule germinali di tutte le specie animali, inclusi gli umani.
I granuli di P e altri organelli di goccioline liquide, chiamati anche condensati simili a liquidi, intrigano gli scienziati perché il loro scopo è misterioso e perché rimangono distinti dal citoplasma anche se mancano di una membrana.
“Non c’è nessuna borsa che li tiene uniti”, dice Kennedy. “È come una goccia d’olio nell’acqua, tranne che non sono fatte di olio”.
Ciò che ha sorpreso Kennedy e colleghi è che mentre i vermi maturavano, ZNFX-1 e WAGO-4 uscivano dal granello P e formavano la loro gocciolina, il granello Z. I granuli P e Z si bloccavano in qualche modo vicini l’uno all’altro senza fondersi.
“Si siedono l’uno accanto all’altro e non galleggiano”, spiega Kennedy. “Come fanno? E perché?”.
Mentre la squadra continuava a guardare, una terza goccia, precedentemente scoperta dagli scienziati dell’HMS presso il Massachusetts General Hospital e chiamata mutator foci, ha preso forma e si è unita al cluster nello stesso modo perplesso.
Ordine delle operazioni
In ogni granulato etichettato in modo fluorescente, la struttura tripartita ricordava a Kennedy un pupazzo di neve o il Grinch del Dr. Seuss a Natale: una testa verde in granuli di P con un cappello a granello di Z rosso con un pom-pom bianco in M-granuli.
Il fatto che i granuli si formino in un particolare luogo all’interno di C. elegans e in un ordine specifico l’uno rispetto all’altro durante lo sviluppo embrionale ha suggerito a Kennedy che l’intero assemblaggio è geneticamente programmato e non accidentale.
Ulteriori indizi sullo scopo dei granuli, si trovano nella loro posizione nella cellula: si appollaiano sulla membrana nucleare vicino ai pori dove emergono gli RNA.
Prima che quegli RNA entrino completamente nel citoplasma per essere tradotti in proteine, “devono passare attraverso questa falange di granuli, probabilmente in un ordine particolare“, ha detto Kennedy.
I ricercatori hanno sospettato che il granello Z prende decisioni sull’elaborazione dell’RNA e quindi registra quelle decisioni per le generazioni future.
“Nel complesso, la struttura a tre goccioline può aiutare a organizzare il flusso delle istruzioni di generazione delle proteine dal nucleo al citoplasma”, hanno detto gli autori.
I ricercatori sospettano che siano coinvolte almeno altre due goccioline che non sono state ancora identificate in modo definitivo, il che renderebbe la struttura ancora più complessa.
“Questo sistema di C. elegans è potente perché siamo pronti a capire il ruolo preciso di queste goccioline verificare se sono necessarie per l’ereditarietà epigenetica “, ha affermato Kennedy.
Fonte: Nature
