La complessità degli organismi viventi è codificata nei loro geni, ma da dove provengono questi geni? I ricercatori dell’Università di Helsinki hanno risolto questioni in sospeso sull’origine dei piccoli geni regolatori e hanno descritto un meccanismo che crea i palindromi del loro DNA. In circostanze adeguate, questi palindromi evolvono in geni microRNA.
Il genoma umano contiene ca. 20.000 geni utilizzati per la costruzione delle proteine. Le azioni di questi geni classici sono coordinate da migliaia di geni regolatori, il più piccolo dei quali codifica per molecole di microRNA lunghe 22 paia di basi. Anche se il numero dei geni rimane relativamente costante, occasionalmente nel corso dell’evoluzione emergono nuovi geni. Similmente alla genesi della vita biologica, l’origine di nuovi geni ha continuato ad affascinare gli scienziati.
Tutte le molecole di RNA richiedono sequenze palindromiche di basi che bloccano la molecola nella sua conformazione funzionale. È importante sottolineare che le probabilità che mutazioni casuali delle basi formino gradualmente tali sequenze palindromiche sono estremamente ridotte, anche per i semplici geni del microRNA. Quindi, l’origine di queste sequenze palindromiche ha lasciato perplessi i ricercatori. Gli esperti dell’Istituto di biotecnologia dell’Università di Helsinki, in Finlandia, hanno risolto questo mistero, descrivendo un meccanismo in grado di generare istantaneamente palindromi completi di DNA e quindi creare nuovi geni microRNA da sequenze di DNA precedentemente non codificanti.
In un progetto finanziato dall’Accademia finlandese, i ricercatori hanno studiato gli errori nella replicazione del DNA. Ari Löytynoja, il leader del progetto, paragona la replicazione del DNA alla digitazione del testo.
“Il DNA viene copiato una base alla volta e in genere le mutazioni sono basi singole errate, come i colpi sbagliati sulla tastiera di un laptop. Abbiamo studiato un meccanismo che crea errori più grandi, come il copia-incolla di testo da un altro contesto. Eravamo particolarmente interessati ai casi che ha copiato il testo al contrario in modo da creare un palindromo.”
I ricercatori hanno riconosciuto che gli errori di replicazione del DNA talvolta potrebbero essere utili. Hanno descritto questi risultati a Mikko Frilander, un esperto in biologia dell’RNA. Vide immediatamente la connessione con la struttura delle molecole di RNA.
“In una molecola di RNA, le basi di palindromi adiacenti possono accoppiarsi e formare strutture simili a forcine. Tali strutture sono cruciali per la funzione delle molecole di RNA”, spiega.
I ricercatori hanno deciso di concentrarsi sui geni dei microRNA per la loro struttura semplice: i geni sono molto corti – solo poche decine di basi – e devono ripiegarsi in una struttura a forcina per funzionare correttamente.
Un’intuizione fondamentale è stata quella di modellare la storia genetica utilizzando un algoritmo informatico personalizzato. Secondo il ricercatore post-dottorato Heli Mönttinen, ciò consente finora un controllo più accurato dell’origine dei geni.
“L’intero genoma di decine di primati e mammiferi è noto. Un confronto dei loro genomi rivela quali specie hanno la coppia palindroma di microRNA e quali ne sono prive. Con una modellizzazione dettagliata della storia, potremmo vedere che interi palindromi sono creati da singoli eventi di mutazione”, afferma Mönttinen.
Concentrandosi sugli esseri umani e su altri primati, i ricercatori di Helsinki hanno dimostrato che il meccanismo appena scoperto può spiegare almeno un quarto dei nuovi geni microRNA. Poiché casi simili sono stati riscontrati in altri lignaggi evolutivi, il meccanismo dell’origine appare universale.
In linea di principio, la nascita dei geni dei microRNA è così semplice che nuovi geni potrebbero influenzare la salute umana. Heli Mönttinen vede l’importanza dell’opera in un senso più ampio, ad esempio nella comprensione dei principi fondamentali della vita biologica.
“L’emergere di nuovi geni dal nulla ha affascinato i ricercatori. Ora disponiamo di un modello elegante per l’evoluzione dei geni dell’RNA”, sottolinea.
Sebbene i risultati si basino su piccoli geni regolatori, i ricercatori ritengono che i risultati possano essere generalizzati ad altri geni e molecole di RNA. Ad esempio, utilizzando le materie prime generate dal meccanismo appena scoperto, la selezione naturale può creare strutture e funzioni dell’RNA molto più complesse.
Lo studio è stato pubblicato in PNAS.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
