Gli scienziati del Kavli Institute dell’Università di Tecnologia di Delft e dell’IMP Vienna Biocenter hanno scoperto una nuova proprietà dei motori molecolari che modellano i nostri cromosomi. Mentre sei anni fa hanno scoperto che queste cosiddette proteine motrici SMC formano lunghi anelli nel nostro DNA, ora hanno scoperto che questi motori immettono anche torsioni significative negli anelli che formano. Questi risultati ci aiutano a comprendere meglio la struttura e la funzione dei nostri cromosomi e forniscono anche informazioni su come l’interruzione del ciclo contorto del DNA può influire sulla salute, ad esempio nelle malattie dello sviluppo come le “coesinopatie”. Gli scienziati hanno pubblicato le loro scoperte in Progressi della scienza.
La lotta delle nostre cellule
Immagina di provare a far passare due metri di corda in uno spazio molto più piccolo della punta di un ago: questa è la sfida che ogni cellula del tuo corpo deve affrontare quando inserisce il suo DNA nel suo minuscolo nucleo. Per raggiungere questo obiettivo, la natura impiega strategie ingegnose, come attorcigliare il DNA in spire di spire, i cosiddetti “superavvolgimenti” (vedere le immagini per una visualizzazione) e avvolgerlo attorno a proteine speciali per una conservazione compatta.
Piccoli anelli di DNA regolano le funzioni cromosomiche
Tuttavia, la compattazione non è sufficiente. Le cellule devono anche regolare la struttura dei cromosomi per consentirne la funzione. Ad esempio, quando è necessario accedere alle informazioni genetiche, il DNA viene letto localmente. In particolare, quando arriva il momento per una cellula di dividersi, il DNA deve prima scompattarsi, duplicarsi e poi separarsi adeguatamente in due nuove cellule. Macchine proteiche specializzate chiamate complessi SMC (mantenimento strutturale dei cromosomi) svolgono un ruolo fondamentale in questi processi. Solo pochi anni fa, gli scienziati di Delft e di altri luoghi hanno scoperto che queste proteine SMC sono motori molecolari che formano lunghi anelli nel nostro DNA e che questi anelli sono i regolatori chiave della funzione cromosomica.
Una nuova svolta
Nel laboratorio di Cees Dekker alla TU Delft, i dottorandi Richard Janissen e Roman Bath ora forniscono indizi che aiutano a risolvere questo puzzle. Hanno sviluppato un nuovo modo di utilizzare “pinzette magnetiche” mediante il quale è possibile osservare le singole proteine SMC compiere passaggi circolari nel DNA. È importante sottolineare che sono stati anche in grado di determinare se la proteina SMC avrebbe cambiato la torsione nel DNA. E sorprendentemente, il team ha scoperto che è così: la coesione della proteina SMC umana infatti non solo attira il DNA in un anello, ma torce anche il DNA in senso sinistrorso di 0,6 giri in ogni fase della creazione dell’anello.
Uno sguardo all’evoluzione delle proteine SMC
Inoltre, il team ha scoperto che questa azione di torsione non è esclusiva degli esseri umani. Proteine SMC simili nel lievito si comportano allo stesso modo. Sorprendentemente, tutti i vari tipi di proteine SMC umane e di lievito aggiungono la stessa quantità di torsione: trasformano il DNA 0,6 volte ad ogni fase di estrusione del ciclo del DNA. Ciò dimostra che i meccanismi di estrusione e torsione del DNA sono rimasti gli stessi per tempi molto lunghi durante l’evoluzione. Non importa se il DNA è avvolto in un circuito negli esseri umani, nel lievito o in qualsiasi altra cellula: la natura utilizza la stessa strategia.
Indizi essenziali
Queste nuove scoperte forniranno indizi essenziali per risolvere il meccanismo molecolare di questo nuovo tipo di motore. Inoltre, chiariscono che il looping del DNA influenza anche lo stato di superavvolgimento dei nostri cromosomi, che influenza direttamente processi come l’espressione genetica. Infine, queste proteine SMC sono correlate a varie malattie come la sindrome di Cornelia de Lange, e una migliore comprensione di questi processi è vitale per rintracciare le origini molecolari di queste gravi malattie.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
