DNA virale-Immagine credit public domain.
Un nuovo studio internazionale suggerisce che l’antico DNA virale incorporato nel nostro genoma, a lungo considerato “spazzatura” genetica, potrebbe in realtà svolgere un ruolo importante nella regolazione dell’espressione genica. Concentrandosi su una famiglia di sequenze chiamata MER11, ricercatori provenienti da Giappone, Cina, Canada e Stati Uniti hanno dimostrato che questi elementi si sono evoluti per influenzare il modo in cui i geni si attivano e si disattivano, in particolare nelle prime fasi dello sviluppo umano.
Gli elementi trasponibili (TE) sono sequenze di DNA ripetitive nel genoma, originati da virus antichissimi. Nel corso di milioni di anni, si sono diffusi in tutto il genoma tramite meccanismi di copia e incolla. Oggi, gli elementi trasponibili costituiscono quasi la metà del genoma umano. Sebbene un tempo si pensasse che non svolgessero alcuna funzione utile, recenti ricerche hanno scoperto che alcuni di essi agiscono come “interruttori genetici”, controllando l’attività dei geni adiacenti in specifici tipi cellulari.
Tuttavia, poiché gli elementi trasponibili TE sono altamente ripetitivi e spesso quasi identici nella sequenza, possono essere difficili da studiare. In particolare, le famiglie dei TE più giovani, come MER11, sono state scarsamente categorizzate nei database genomici esistenti, limitando la nostra capacità di comprenderne il ruolo.
Per superare questo problema, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per classificare dei TE. Invece di utilizzare gli strumenti di annotazione standard, hanno raggruppato le sequenze MER11 in base alle loro relazioni evolutive e al loro grado di conservazione nei genomi dei primati. Questo nuovo approccio ha permesso loro di suddividere MER11A/B/C in quattro sottofamiglie distinte, ovvero da MER11_G1 a G4, dalla più antica alla più recente.
Questa nuova classificazione ha rivelato modelli precedentemente nascosti del potenziale di regolazione genica. I ricercatori hanno confrontato le nuove sottofamiglie di MER11 con diversi marcatori epigenetici, ovvero marcatori chimici presenti sul DNA e sulle proteine associate che influenzano l’attività genica. Ciò ha dimostrato che questa nuova classificazione si allineava più strettamente con l’effettiva funzione regolatoria rispetto ai metodi precedenti.
Per verificare direttamente se le sequenze di MER11 possano controllare l’espressione genica, il team ha utilizzato una tecnica chiamata lentiMPRA (test lentivirale massivamente parallelo a reporter). Questo metodo consente di testare migliaia di sequenze di DNA contemporaneamente, inserendole nelle cellule e misurando quanto ciascuna di esse aumenti l’attività genica. I ricercatori hanno applicato questo metodo a quasi 7000 sequenze di MER11 provenienti da esseri umani e altri primati e ne hanno misurato gli effetti nelle cellule staminali umane e nelle cellule neurali in fase iniziale.
I risultati hanno mostrato che MER11_G4 (la sottofamiglia più giovane) mostrava una forte capacità di attivare l’espressione genica. Possedeva anche una serie distinta di “motivi” regolatori, ovvero brevi tratti di DNA che fungono da siti di ancoraggio per i fattori di trascrizione, le proteine che controllano l’attivazione dei geni. Questi motivi possono influenzare notevolmente il modo in cui i geni rispondono ai segnali di sviluppo o agli stimoli ambientali.
Ulteriori analisi hanno rivelato che le sequenze MER11_G4 in esseri umani, scimpanzé e macachi avevano accumulato nel tempo cambiamenti leggermente diversi. Negli esseri umani e negli scimpanzé, alcune sequenze hanno subito mutazioni che potrebbero aumentarne il potenziale regolatorio durante la fase di speciazione. La sequenza MER11_G4 giovane si lega a un insieme distinto di fattori di trascrizione, indicando che questo gruppo ha acquisito diverse funzioni regolatorie attraverso cambiamenti di sequenza e contribuisce alla speciazione,
spiega il ricercatore principale Dr. Xun Chen.
Lo studio offre un modello per comprendere come il DNA “spazzatura” possa evolversi in elementi regolatori con importanti ruoli biologici. Tracciando l’evoluzione di queste sequenze e testandone direttamente la funzione, i ricercatori hanno dimostrato come l’antico DNA virale sia stato cooptato per modellare l’attività genica nei primati.
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” Il nostro genoma è stato sequenziato molto tempo fa, ma la funzione di molte delle sue parti rimane sconosciuta “, osserva il Dott. Inoue, coautore dell’articolo. Si ritiene che gli elementi trasponibili svolgano un ruolo importante nell’evoluzione del genoma e si prevede che il loro significato diventi più chiaro con il progredire della ricerca
Fonte: Science Advances