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Ricomporre il puzzle genetico

Un team europeo di scienziati ha scoperto in che modo le cellule ereditano con precisione le informazioni non contenute nei loro geni. La ricerca, presentata nella rivista Developmental Cell, è stata in parte finanziata dal progetto EPICENTROMERE (“Determining the epigenetic mechanism of centromere propagation”), che ha ricevuto una sovvenzione internazionale Marie Curie per il reinserimento del valore di 100.000 euro nell’ambito del Settimo programma quadro (7° PQ) dell’UE.   I risultati ottenuti aiutano a ricomporre il puzzle relativo ai processi biologici di geni e cellule, e in particolare alla divisione cellulare.

Anche se i 10 trilioni di cellule del corpo di un individuo adulto sono geneticamente identiche, esse si sviluppano in diversi tipi di cellule tra cui le cellule nervose, quelle della pelle e quelle muscolari. La qualità distintiva è innescata dall’attivazione di alcuni geni e dall’inibizione di altri. Le cellule specializzate hanno la capacità di conservare una memoria della loro identità individuale ricordando quali geni devono essere attivi e quali no, persino quando creano copie di loro stesse.

Guidati da Lars Jansen dell’Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) in Portogallo, i ricercatori affermano che anche se questo tipo di memoria non è scritto direttamente nell’acido desossiribonucleico (DNA), esso è ereditabile. Allo stesso tempo, le istruzioni non-genetiche o “epigenetiche” normalmente sembrano essere contenute nelle proteine, e controllano sia i geni che la disposizione dei cromosomi.

Il team ha scoperto in che modo uno di questi centri organizzativi epigenetici è trasmesso da una cellula madre alle cellule figlie. Le scoperte potrebbero aiutare gli scienziati a determinare in che modo un intoppo durante il processo di divisione cellulare può innescare il cancro.

I ricercatori puntano i riflettori sul centromero, una struttura proteica su ciascun cromosoma che lo fissa allo scheletro della cellula (citoscheletro) durante la divisione della cellula. Questo garantisce in modo efficace che ciascuna cellula figlia riceva una serie di cromosomi nuovi. Gli scienziati sottolineano l’importanza di centromeri che funzionano correttamente. Quando il processo non è perfetto, le cellule possono ricevere un numero errato di geni che può quindi condurre alla comparsa di cellule tumorali.

“Quando le cellule si dividono, esse fanno esattamente due copie di tutti i geni da trasmettere poi a esattamente due cellule,” spiega l’autrice principale Mariana Silva, studentessa del corso di dottorato presso il Jansen lab. “Una simile impresa deve essere portata a termine anche per le informazioni non-genetiche. Ma in che modo la cellula copia una struttura proteica? E come può garantire che ne venga fatto il numero corretto di copie? Questa domanda disorienta ancora gli scienziati. Noi abbiamo concentrato i nostri sforzi sul centromero, poiché la proteina chiave responsabile del suo comportamento epigenetico è conosciuta.”

Questa proteina, conosciuta tra gli scienziati come CENP-A, mantiene una “memoria molecolare” del centromero, assicurando la sua eredità. Precedenti studi condotti dal dott. Jansen e colleghi avevano scoperto che, mentre le cellule duplicano il proprio DNA prima della mitosi, la duplicazione del centromero, guidata dalla proteina CENP-A, avviene solo dopo la mitosi. Ma nessuno sapeva quale fosse il fattore che innesca la duplicazione o come venisse garantita la precisione … fino ad ora.

In questo ultimo studio, i ricercatori mettono in evidenza come lo stesso meccanismo che controlla il conosciuto processo di duplicazione del DNA controlla anche la duplicazione della CENP-A. Questo meccanismo funziona come un orologio molecolare, portando avanti le varie fasi del ciclo cellulare, una dopo l’altra.

Commentando i risultati, il dott. Jansen ha detto: “Ciò che abbiamo scoperto è un meccanismo molto semplice e ordinato in base a cui la cellula collega duplicazione del DNA, divisione cellulare e assemblaggio del centromero. Mediante l’uso dello stesso meccanismo (Cdks) per tutte queste fasi, ma in modi opposti, la cellula si assicura che venga fatto il giusto numero di copie sia dei geni che dei centromeri, concedendo a ciascuna il tempo adeguato. Mantenere tutti questi processi cruciali separati nel tempo potrebbe essere importante per evitare che si verifichino errori. La comprensione di questi principi generali di eredità epigenetica è fondamentale per capire in che modo sono regolati i geni, in che modo sono organizzati i genomi e per comprendere anche l’ampia gamma di malattie che derivano da errori in questi meccanismi.”

A questo studio hanno contribuito esperti provenienti dal Regno Unito e dagli Stati Uniti.

Per maggiori informazioni, visitare:

Instituto Gulbenkian de Ciència:
http://www.igc.gulbenkian.pt/

Developmental Cell:
http://www.cell.com/developmental-cell/abstract/S1534-580711

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