Una comprensione migliore dell’espressione genica
“Sappiamo già che le diverse cellule nel nostro corpo condividono una sequenza di DNA comune e che i tessuti possono essere distinti tra loro in base a una sottoserie di geni che si accendono e si spengono” spiega Daphne Cabianca, ricercatrice presso il progetto CHROMO-ANCHORING. “Anche se questo fenomeno si verifica principalmente attraverso l’azione dei fattori di trascrizione, resta aperta la questione se venga anche messo a punto da modificazioni epigenetiche che alterano l’accesso di tali fattori alla sequenza del DNA.” Cabianca e il suo team si sono prefissi di rispondere al quesito se il posizionamento nello spazio del DNA all’interno del nucleo contribuisca a un’espressione genica correttamente programmata. “Mi sono proposta di determinare quali fattori mediano il sequestro di cromatina in uno stato silente e inaccessibile, alla periferia nucleare in cellule” illustra Cabianca. “Sul lungo termine intendo giungere a chiedere se l’organizzazione spaziale sia importante per mantenere modelli differenziati di espressione genica ed esaminare come ciò cambi in risposta a sollecitazioni.” Identificare vie alternative Gli elementi costitutivi più importanti della cromatina sono gli istoni, che formano un’unità molto ripetitiva che compatta la fibra del DNA. Gli stessi istoni sono soggetti a un’ampia varietà di modificazioni chimiche che avvengono sia prima che durante il loro legame al DNA. Dopo la modifica, gli istoni possono regolare sia la flessibilità della cromatina che l’espressione dei geni. “Basandosi largamente sulla distribuzione di tali modificazioni degli istoni, la cromatina può suddividersi in due classi principali: eucromatina, che generalmente include geni attivi, e eterocromatina, che corrisponde a parti stabilmente silenziate del genoma,” afferma Cabianca. “Tra le varie specie, queste due classi di cromatina hanno funzioni che si sono conservate restando però distinte e occupano punti diversi all’interno del nucleo.” Nel nematode C. elegans, è stato scoperto che la deposizione di una specifica metilazione che modifica la lisina 9 sull’istone H3 (H3K9me) è un segnale essenziale per la separazione spaziale di eterocromatina all’involucro nucleare, la doppia membrana che circonda il nucleo. Questa modifica viene riconosciuta anche dalle proteine che rendono la cromatina silente sotto il profilo trascrizionale, vale a dire eterocromatica. Pertanto, il sequestro alla periferia nucleare a un’assenza di attività trascrizionale sono state coordinate dalla modificazione dell’istone H3K9 in fasi iniziali dello sviluppo. Tuttavia, al momento della differenziazione di cellule embrionali in tessuti distinti, Cabianca ha osservato che i vermi senza segnale H3K9me mostrano comunque la separazione dell’eterocromatina all’involucro nucleare, come i vermi selvatici. Ciò suggerisce che sia attiva un’altra via cui non occorre il segnale di metilazione di K9 e che potrebbe trattenere l’eterocromatina alla periferia nucleare in tessuti differenziati. Era possibile che la seconda via agisse in soprannumero, risultando in un rinforzo reciproco delle due vie, oppure che la via alternativa sostituisse completamente la via di metilazione di H3K9, per promuovere la separazione dell’eucromatina dall’eterocromatina in cellule differenziate. “Scoprire le proteine implicate in tale meccanismo di separazione nei nuclei delle cellule intestinali è divenuto lo scopo della mia ricerca,” ha dichiarato Cabianca. Scoprire la proteina MRG-1 Eseguendo uno screening con proteine che avrebbero probabilmente riconosciuto le modificazioni degli istoni, i ricercatori hanno scoperto una proteina denominata MRG-1, la cui perdita rimuoveva la chiara separazione di eterocromatina da eucromatina nelle cellule dell’intestino. Questa proteina si conserva tra le specie, dal lievito all’uomo; è stato dimostrato che lega gli istoni riportanti il segno di metilazione su un’altra lisina di istone H3, H3K36. In sua assenza, l’eterocromatina e l’eucromatina finiscono per distribuirsi entrambe casualmente: la cromatina attiva non più esclusivamente nell’interno nucleare e la cromatina inattiva non più alla periferia. “Un tale forte effetto, però, si verificava solo se noi avevamo anche rimosso la metilazione H3K9; si confermava quindi l’esistenza di due vie ridondanti per la separazione della cromatina in cellule differenziate e non una sola nei tessuti, la quale sostituisce il meccanismo che funziona negli embrioni,” illustra Cabianca. Diversamente dalla metilazione H3K9, i nuovi agenti identificati nell’organizzazione spaziale non fanno parte dell’eterocromatina, essendo invece fattori eucromatici. “I nostri risultati indicano che i componenti di questa seconda via agiscono indirettamente per antagonizzare l’adesione dell’eterocromatina alla periferia nucleare,” aggiunge Cabianca. Una nuova ipotesi I ricercatori hanno scoperto che questo antagonismo di separazione spaziale implica un secondo fattore eucromatico molto conservato, una istone acetiltrasferasi (HAT). Tale HAT modifica gli stessi residui di lisina in istoni che possono essere metilati, ma l’acetilazione è caratteristica di geni attivi. “La nostra ipotesi al riguardo presume che il marchio attivo a questo punto “invade” il dominio eterocromatico, antagonizzando la compartimentazione che di solito mantiene l’ordine nel nucleo,” conclude Cabianca. “Esistono così due generi di meccanismi che guidano l’organizzazione spaziale della cromatina nel nucleo: uno agisce attraverso il sequestro positivo di cromatina repressiva, mentre l’altro mantiene i fattori che antagonizzano la prima via allontanandola da domini silenti.”
Parole chiave
CHROMO-ANCHORING, espressione genica, DNA, cromatina, istoni
