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Chiarire la regolazione genetica usando una pianta come modello

La natura blocca l'espressione di alcuni geni attraverso alcune piccole modifiche chimiche ereditarie del DNA e delle proteine associate. Gli scienziati sono riusciti a mostrare in parte come funziona questo meccanismo studiando una pianta come sistema modello.
Chiarire la regolazione genetica usando una pianta come modello
La cromatina presente nelle piante e negli animali non è altro che DNA piegato con proteine istoniche e non istoniche. Alcune parti della cromatina (eterocromatina) contengono geni la cui espressione viene largamente silenziata attraverso l'aggiunta di gruppi metilici alle proteine istoniche (metilazione). L'associazione dell'eterocromatina con la metilazione del DNA può essere dovuta alla vicina metilazione istonica. La metilazione del DNA, in effetti, può durare anche per più generazioni e determinare modifiche ereditarie dell'espressione genetica, senza che si verifichino variazioni della sequenza del DNA (epigenetica).

La pianta Arabidopsis thaliana condivide con i mammiferi un gruppo di proteine scoperto recentemente, contenente un dominio legante il DNA metilato che potrebbe svolgere un ruolo nella metilazione del DNA, perciò questa pianta potrebbe fungere da sistema modello per la metilazione del DNA anche nei mammiferi. L'intenzione originaria di studiare questo sistema con il progetto SRA AND EPIGENETICS, finanziato dall'UE, è stata modificata, poiché nel frattempo un altro team di ricerca ha pubblicato i propri risultati in proposito, perciò le attività si sono indirizzate allo studio della formazione di eterocromatina e al suo rapporto con il fenotipo dei mutanti atxr5/6 correlato alla replicazione.

Grazie alla loro perseveranza e creatività, i ricercatori del team hanno svolto un'analisi approfondita dei controlli esercitati sulla replicazione del DNA, che inibisce anche la ri-replicazione del DNA, cioè la possibilità che durante un ciclo cellulare la replicazione avvenga più di una volta. Le piante con mutazioni di specifiche metiltransferasi degli istoni, enzimi che mediano il trasferimento di gruppi metilici alle proteine istoniche, hanno dimostrato una ri-replicazione localizzata dell'eterocromatina.

In generale, l'eterocromatina sia delle piante che degli animali è caratterizzata dalla metilazione del DNA e degli istoni di tipo H3K9. Nell'A. thaliana, i siti della metilazione sono co-locati e reciprocamente autostabilizzanti. I ricercatori hanno rivelato che questa pianta può adattarsi ai segnali extracellulari regolando l'espressione genetica e la deposizione degli istoni in modo indipendente dalla metilazione del DNA. Il lavoro svolto dal progetto ha portato alla presentazione di una domanda di brevetto. Ulteriori studi sulla relazione tra H3K9me2 (dimetilazione dell'istone H3K9) e sulla metilazione del DNA hanno scoperto l'esistenza di un nuovo e distinto rapporto tra i due.

Il contributo dell'iniziativa SRA AND EPIGENETICS al settore dell'epigenetica è stato fortemente innovativo, con importanti pubblicazioni su riviste scientifiche di portata internazionale. Una migliore conoscenza dei complessi meccanismi dell'espressione genetica potrebbe rivelarsi importante per la caratterizzazione delle malattie e lo sviluppo di nuove terapie.

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