Oltre la metà dei nostri genomi è costituita da migliaia di resti di antico DNA virale, noti come elementi trasponibili, diffusi in tutto l’albero della vita. I ricercatori dell’Helmholtz Monaco di Baviera e della Ludwig-Maximilians-Universität (LMU), un tempo considerati il ”lato oscuro” del genoma, hanno ora rivelato il loro ruolo cruciale nello sviluppo iniziale dell’embrione.
Domande senza risposta sul ruolo dell’antico DNA virale
Gli elementi trasponibili, resti dell’antico DNA virale, vengono riattivati durante le prime ore e giorni successivi alla fecondazione. Questo periodo dinamico di sviluppo iniziale vede le cellule embrionali mostrare una notevole plasticità, ma i meccanismi molecolari e i fattori che regolano questa plasticità rimangono poco chiari. La ricerca su modelli come i topi suggerisce che gli elementi trasponibili svolgono un ruolo cruciale nella plasticità cellulare, ma non è ancora chiaro se questa sia una caratteristica universale in tutte le specie di mammiferi. Le diverse origini evolutive di questi resti virali sollevano ulteriori domande sulla loro conservazione nei genomi dei mammiferi. Comprendere i meccanismi regolatori che governano l’attivazione degli elementi trasponibili è essenziale per far progredire la medicina riproduttiva e scoprire i principi fondamentali della regolazione del genoma.
Si ritiene che elementi virali estinti siano riespressi negli embrioni di mammiferi
Un team di ricercatori guidati dalla prof.ssa Maria-Elena Torres-Padilla dell’Helmholtz Monaco di Baviera e della LMU hanno deciso di esplorare queste antiche sequenze di DNA sviluppando un nuovo metodo per studiarne la trascrizione. Hanno creato un atlante di un singolo embrione confrontando gli embrioni di diverse specie di mammiferi, tra cui topo, mucca, maiale, coniglio e il primate non umano, il macaco rhesus. Le loro scoperte sono state sorprendenti: i ricercatori hanno scoperto che elementi virali molto antichi, precedentemente ritenuti estinti, vengono riespressi negli embrioni di mammiferi. Hanno anche scoperto che ciascuna specie studiata esprime tipi distinti di questi elementi.
Nuove strade per la manipolazione genetica e la ricerca sulla plasticità cellulare
Queste osservazioni mostrano che l’attivazione degli elementi trasponibili è conservata tra le specie e l’identificazione di elementi specifici offre interessanti opportunità per manipolare migliaia di geni nelle cellule contemporaneamente. “Questo approccio offre un nuovo modo per influenzare il destino delle cellule, ad esempio dirigendo la differenziazione delle cellule staminali, che in genere richiede la manipolazione simultanea di centinaia di geni”, afferma la co-autrice Dr. Marlies Oomen. “Il nostro lavoro evidenzia l’importanza di comprendere i principi normativi alla base degli elementi trasponibili”.
Il prof. Torres-Padilla spiega inoltre: “La nostra ricerca ha scoperto che l’attivazione degli elementi trasponibili è una caratteristica distintiva dei primi embrioni in diverse specie di mammiferi. Questa scoperta è significativa perché queste cellule allo stadio iniziale possono differenziarsi in tutti i tipi di cellule del corpo. Comprendendo come queste cellule regolano gli antichi elementi virali, otteniamo informazioni cruciali sui meccanismi della plasticità cellulare. Questo studio pone le basi per la ricerca futura su specifici elementi regolatori, con ampie implicazioni per la salute, le malattie e il modo in cui la manipolazione di questi elementi potrebbe avere un impatto sui processi cellulari”.
Set di dati senza precedenti per lo sviluppo iniziale di più specie di mammiferi
Oltre a sviluppare una nuova metodologia che apre nuove strade ai ricercatori che lavorano con singole cellule ed embrioni, questo studio ha generato un set di dati senza precedenti. Lo sviluppo iniziale dell’embrione è un processo altamente dinamico di grande interesse per gli scienziati, ma la maggior parte degli studi tende a concentrarsi su una singola specie, tipicamente topo o essere umano. Questo studio, tuttavia, ha adottato un approccio evolutivo confrontando più specie di mammiferi, consentendo l’identificazione di percorsi regolatori chiave condivisi tra i mammiferi. Le conoscenze biologiche ottenute da questa ricerca, combinate con il ricco set di dati, costituiranno una risorsa preziosa per i ricercatori nel campo della biologia dello sviluppo e della riproduzione.
Informazioni sui ricercatori
Prof.ssa Maria-Elena Torres-Padilla, direttrice dell’Istituto di epigenetica e cellule staminali dell’Helmholtz Monaco di Baviera e professoressa presso la Facoltà di biologia della Ludwig-Maximilians-Universität (LMU).
Dott.ssa Marlies Oomen, ricercatrice post-dottorato presso l’Istituto di epigenetica e cellule staminali di Helmholtz Monaco.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com