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Al di là del DNA: scoperto un nuovo meccanismo epigenetico di trasmissione dell’eredità

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Le tre drosofile rappresentate nella figura hanno la stessa sequenza di DNA ma i loro occhi sono di colore differente a causa di une perturbazione transitoria del loro stato epigenetico che si traduce in una modificazione del livello di repressione, dipendente dai geni Polycomb, di un gene responsabile del colore degli occhi.

 

Il laboratorio di Giacomo Cavalli, all’Istituto di Genetica Umana di Montpellier (Università di Montpellier e CNRS), in collaborazione con l’INRA[1], ha dimostrato utilizzando la drosofila l’esistenza di un’eredità epigenetica[2] transgenerazionale. Modificando in maniera transitoria la funzione delle proteine del gruppo Polycomb, la cui funzione è essenziale nello sviluppo, i ricercatori hanno ottenuto delle linee caratterizzate da occhi di colore differente in presenza della stessa sequenza di DNA. Queste differenze dipendono da un grado variabile di repressione genica dipendente dalle proteine Polycomb, che può essere ereditato in modo stabile ma reversibile. Questa eredità epigenetica si applica a linee transgeniche ma anche naturali e può essere modificata dalle condizioni ambientali come la temperatura di crescita. Questi risultati sono pubblicati nella rivista Nature Genetics il 24 Aprile 2017.

Hanno tutte lo stesso DNA ma dei caratteri ben diversi. Dei ricercatori Italiani hanno ottenuto delle linee di drosofila dagli occhi bianchi, gialli o rossi perturbando in modo transitorio l’interazione tra geni regolati dalle proteine Polycomb, dei fattori responsabili della repressione di numerosi geni e in particolare dei geni dello sviluppo. Il gruppo di ricerca diretto da Giacomo Cavalli, all’Istituto di genetica umana di Montpellier, (Università di Montpellier/CNRS) dimostra per la prima volta che la regolazione della posizione tridimensionale dei geni può originare un fenomeno di eredità transgenerazionale. Le informazioni necessarie al funzionamento delle cellule non sono tutte incluse nel materiale genetico. Altri componenti, trasmessi ini modo ereditario ma non codificati nei geni, influenzano la vita delle cellule. Questi fattori detti epigenetici sono costituiti da etichette chimiche, come le modificazioni degli istoni che sono le proteine attorno cui si avvolge il DNA nel nucleo cellulare, e da un’organizzazione spaziale ben definita del nostro genoma. Le proteine del gruppo Polycomb regolano l’architettura tridimensionale dei cromosomi attraverso la costituzione di contatti tra i geni a cui sono associate. L’espressione di questi geni è a sua volta dipendente dalla loro architettura. Perturbando transitoriamente queste interazioni geniche, i ricercatori hanno potuto ottenere delle linee di drosofila caratterizzate da livelli differenti di repressione o di attivazione genica. Il genoma intero di queste linee è stato sequenziato per verificare che fosse identico e, malgrado la presenza della stessa sequenza di DNA, queste linee sono stabili e trasmettono fedelmente le loro differenze fenotipiche. Questo fenomeno è reversibile: incrociando individui portatori di geni repressi o indotti con delle drosofile che non li contengono, è possibile riottenere un colore degli occhi normale in presenza della stessa sequenza di DNA e quindi di dimostrare il carattere epigenetico di questa forma di eredità.

 

I ricercatori hanno anche dimostrato che modificando le condizioni ambientali, in particolare la temperatura[3], si può alterare la trasmissione ereditaria per alcune generazioni mantenendo il carattere epigenetico dell’informazione. Questa influenza transitoria delle condizioni ambientali nelle quali hanno vissuto le generazioni precedenti sull’espressione delle caratteristiche delle drosofile conferisce a questo meccanismo epigenetico delle proprietà evolutive uniche. La pertinenza di questo fenomeno nella natura è stata confermata da analisi effettuate in microcosmo in collaborazione con l’Inra. Il gruppo di Giacomo Cavalli dimostra quindi l’esistenza di un’eredità epigenetica stabile, dipendente dalla struttura tridimensionale dei cromosomi, dalla funzione delle proteine Polycomb e dalle condizioni ambientali. Oltre al loro interesse per la ricerca, questi risultati hanno una rilevanza biomedica perché suggeriscono che l’epigenetica potrebbe spiegare in parte il mistero della “eredità mancante”, cioè l’incapacità attuale di trovare le cause genetiche di alcune caratteristiche ereditarie normali e di numerose patologie umane.

 

[1] Dei ricercatori del « Centre de Biologie pour la Gestion des Population » di Montpellier, e della « Unité de Mathématique et Informatique Appliquées » di Toulouse

[2] L’epigenetica corrisponde allo studio dei cambiamenti di attività del genoma che non comportano cambiamenti di sequenza del DNA et che possono essere trasmessi attraverso le divisioni cellulari. Contrariamente alle mutazioni della sequenza del DNA, le modifiche epigenetiche sono frequentemente reversibili.

[3] Come tutti gli insetti, la drosofila non mantiene una temperatura corporea costante ed è quindi esposta alla temperatura ambientale.

 

 

 

 

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