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Un meccanismo chiave della differenziazione cellulare

Scoperta una proteina che permette alle cellule staminali di passare da uno stato di pluripotenza alla differenziazione in uno specifico tipo cellulare. Ell3 – così si chiama la proteina – è trasportata nella cellula uovo dagli spermatozoi, che quindi non sono solo un mezzo di trasporto del genoma paterno. La nuova proteina ha un ruolo chiave nel rendere possibile la rapida e contemporanea attivazione di centinaia di geni coinvolti nello sviluppo embrionale e nella differenziazione dei tessuti.differenziazione_cellulare

L’elemento che permette alle cellule staminali di passare rapidamente da uno stato di standby pluripotente a una specifica linea cellulare – un processo di differenziazione che richiede la rapida e  contemporanea attivazione di centinaia di geni – è stato scoperto da un gruppo di biologi dello Stowers Institute for Medical Research, a Kansas City, che ne riferiscono sulla rivista “Cell“. Si tratta di una proteina chiamata Ell3, prodotta da un gene (Eleven-nineteen lysine-rich leukemia gene) la cui funzione era stata finora sottovalutata.

La proteina ha la funzione di consentire l’avvio dell’espressione dei geni coinvolti in tempi rapidi, tenendo in uno stato di allerta, ai “blocchi di partenza”, la RNA polimerasi II che provvede alla traduzione delle istruzioni codificate nel DNA: in tal modo l’enzima  è in grado di procedere immediatamente alla traduzione, non appena arriva il segnale di iniziare la differenziazione.

Ell3 – che appartiene alla famiglia dei cosiddetti fattori di allungamento, ossia proteine che hanno la funzione di incrementare la velocità con cui sono espressi i geni – si colloca in infatti corrispondenza del sito di attacco per la proteina attivatrice (enhancer) dei geni, reclutando la RNA polimerasi II che resta così in uno stato di pausa, ma a “motori accesi”, pronta a svolgere la propria funzione. “Questo – ha osservato Chengqi Lin, primo firmatario dell’articolo – indica che la funzione principale di Ell3 potrebbe essere quella di attivatore principale di geni sul punto di essere espressi durante lo sviluppo.”

La proteina è stata identificata come fattore di allungamento nel 2000, ma si sapeva solo che era altamente espressa nei testicoli. Questo ha indotto a supporre che potesse intervenire in maniera significativa nello sviluppo embrionale, smentendo l’idea che gli spermatozoi fungano solamente da “navetta” per il trasporto del DNA paterno all’interno della cellula uovo e che gli eventuali fattori associati abbiano ben poca rilevanza per la regolazione dell’espressione genica del futuro embrione.

Questa considerazione ha portato i ricercatori ad avviare una ricerca globale delle regioni occupate da Ell3 nel genoma delle cellule staminali embrionali di topo. La complessa analisi ha rivelato che Ell3 si posiziona in corrispondenza di oltre 5000 enhancer, molti dei quali destinati a regolare i geni che controllano la maturazione delle cellule staminali di cellule del midollo spinale, renali ed ematiche.

La scoperta è rilevante non solo per la biologia dello sviluppo, ma anche per l’oncologia, dato che molti di questi stessi geni risultano anormalmente attivi in molte forme tumorali. In particolare, osserva Ali Shilatifard, che ha diretto lo studio, potrebbe chiarire i meccanismi che determinano l’espressione genica aberrante associata a molte forme di leucemia.

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