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Sistema circolatorio chiuso: l’evoluzione grazie ad una proteina

La comparsa di un sistema circolatorio chiuso è stata una tappa fondamentale nell’evoluzione dei vertebrati. Ora una ricerca chiarisce che, dal punto di vista biomolecolare, questa transizione è stata resa possibile dalla trasformazione di un enzima fondamentale per la traduzione del DNA.

La capacità di formare sistemi chiusi di vasi sanguigni è uno dei segni distintivi dello sviluppo dei dei vertebrati. Ma a che punto dell’evoluzione comparve questo tratto? Finora la questione è rimasta finora senza risposta.

Un gruppo di ricercatori delle Università della California e della Florida e dello Scripps Research Institute hanno ora pubblicato uno studio sulla rivista “Nature Communications” in cui questa importante transizione è legata all’evoluzione di una particolare proteina.

Il processo di costruzione di un sistema è complicato da punto di vista biologico e richiede un arco di tempo notevole, dell’ordine di miliardi di anni. Durante questo processo, le proteine cruciali per numerosi processi biomolecolari si sono arricchite progressivamente di nuovi domini.

 

Gli studiosi si sono focalizzati in particolare su uno specifico dominio denominato UNE-S, che fa parte del SerRS, un tipo di tRNA sintetasi nelle specie animali dotate di un sistema circolatorio chiuso (le tRNA sintetasi sono enzimi che consentono all’RNA transfer, o tRNA, di legarsi a uno specifico aminoacido che deve andare a far parte di una catena polipeptidica in un ribosoma, per mettere in atto il processo di traduzione dell’informazione contenuta nel DNA in proteine).

Gli scienziati hanno trovato che l’UNE-S è essenziale per il corretto sviluppo embrionale, poiché ha una specifica sequenza o “segnale di localizzazione nucleare” che dirige i SerRS verso il nucleo cellulare, dove essi influenzano l’espressione di un fattore chiave per la regolazione della crescita di nuovi vasi.

 

“Durante la transizione evolutiva verso un sistema chiuso si verificarono diversi eventi, uno dei quali è la comparsa di questo dominio in questa specifica sintetasi”, ha spiegato Xiang-Lei Yang, professore associato dello Scripps Research Institute, che ha coordinato la ricerca. “Poiché riveste un ruolo essenziale nello sviluppo vascolare, questa sintetasi deve aver avuto un ruolo anche nella transizione verso un sistema chiuso”.

Il Danio rerio è un modello animale molto utilizzato nei laboratori di biologia per lo studio dello sviluppo embrionale e dell’invecchiamento

Per analizzare il ruolo dell’UNE-S, i ricercatori hanno studiato il Danio rerio, un pesce molto utilizzato come modello nelle ricerche di biologia, in particolare per i meccanismi connessi allo sviluppo e all’invecchiamento.

Danio rerio offre diversi vantaggi poiché lo sviluppo embrionale è esterno alla madre e gli embrioni sono trasparenti, rendendoli un modello ideale per la biologia dello sviluppo”, hanno sottolineato gli autori.

Per chiarire la funzione del SernRS, gli studiosi ne hanno analizzato alcune versioni mutate che sono collegate a un’anomala formazione dei vasi sanguigni e a alcuni difetti della circolazione. I risultati mostrano che i SerRS mutati spesso annullano il segnale nucleare o lo mantengono in una conformazione inattiva.

 

Inoltre, gli autori dello studio sono riusciti a progettare una seconda mutazione per rilasciare il segnale nucleare sequestrato e ripristinare il normale sviluppo dei vasi.

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