Dalla Drosophila ulteriori indicazioni della complessità del trascrittoma

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Un metodo di integrazione dei dati di annotazione genomica individua nuove sequenze di DNA non codificante importanti per la regolazione dell’espressione genica e ne rivela la conservazione nei metazoi a livello dei meccanismi per la riproduzione sessuale

A distanza di 10 anni dal completamento del progetto genoma, con il sequenziamento dell’intero DNA umano, le nuove tecnologie offerte dalla “next generation sequencing” ci hanno permesso di capire quanto quello storico obbiettivo non fosse che il primo passaggio di un lungo processo. La vera sfida rimane adesso capire come il nostro DNA, esattamente uguale in ogni cellula, riesca a conservare e tramandare le informazioni in esso codificate pur permettendo l’estrema variabilità che si traduce in tessuti e organi molto diversi tra loro. Quali sono i meccanismi che consentono alle stesse sequenze nucleotidiche di portare a risultati tanto diversi? 
E’ proprio per rispondere a questo interrogativo che molte delle più recenti ricerche hanno iniziato a concentrarsi su quello che viene chiamato trascrittoma, quella parte cioè del DNA che viene trascritto in RNA. L’RNA è la molecola che permette di tradurre l’informazione genetica sottoforma di proteine, ossia i mattoni che costituiscono l’impalcatura delle nostre cellule. L’analisi dell’insieme delle sequenze trascritte fornisce un cosiddetto profilo di espressione cellulare. Nuove indicazioni su come approfondire la nostra conoscenza sul DNA e la sua espressione, giungono ora da un recente articolo pubblicato su Nature da J. Brown e colleghi, dell’Università di Berkley. I ricercatori hanno studiato un metodo, chiamato GRIT (Generalized RNA Integration Tool), per elaborare i dati che provengono da diverse tecniche di sequenziamento dell’RNA.
Questo sistema integra varie tipologie di annotazione genomica, la metodologia che permette cioè di individuare e contrassegnare quali parti del DNA vengono trascritte in RNA e in quale momento. Gli autori hanno applicato il GRIT al sequenziamento dell’RNA del moscerino della frutta (Drosophila melanogaster), studiando le differenze nell’espressione genica non solo di diverse linee cellulari, tessuti e organi, a vari stadi di sviluppo, ma anche dell’intero organismo sotto diverse condizioni di stress (come ad esempio shock termici o esposizione a metalli pesanti) e mettendo infine questi dati in relazione al sesso degli animali analizzati.
 
In questo modo è stato possibile notare come le differenze nell’espressione genica siano maggiori tra tipi cellulari differenti piuttosto che tra stadi differenti dello sviluppo. Inoltre è emerso che le differenze sesso specifiche riguardano principalmente l’espressione negli organi sessuali, per geni responsabili proprio della determinazione sessuale. L’analisi rivela soprattutto come la maggiore complessità trascrizionale venga raggiunta da meno di una ventina di geni espressi nel sistema nervoso. Questi geni da soli sono responsabili di più della metà dei trascritti rilevati nell’analisi del trascrittoma, indicando come la formazione del sistema nervoso risulti uno dei processi più regolati nello sviluppo. 
Inoltre questo nuovo approccio ha permesso di analizzare con più dettaglio le regioni non codificanti del DNA. Queste sequenze del genoma, che fino a poco tempo fa erano ritenute irrilevanti, tanto da essere chiamate DNA-spazzatura (junk-DNA), hanno attratto invece molta attenzione in tempi più recenti, in quanto si è scoperto che sono in grado di interagire con l’RNA e influenzarne la traduzione. 
In questo senso, il dato più interessante che emerge da questa ricerca è l’individuazione di nuove regioni non codificanti che risultano conservate dalla Drosophila all’uomo, indicando una pressione selettiva non solo sulla parte del DNA che codifica per le proteine, ma anche sulla parte non codificante. In particolare alcune di queste regioni influenzano l’espressione di geni relativi alla riproduzione. Questi dati testimoniano la conservazione in tutti i metazoi di un meccanismo regolatorio essenziale per la riproduzione sessuale. Altre analisi saranno necessarie, ma le possibilità aperte da questo nuovo approccio allo studio dell’espressione genica risultano sicuramente molto vaste.
Daria Graziussi
Bibliografia:
James B. Brown et al. Diversity and dynamics of the Drosophila transcriptome. Nature (2014) doi:10.1038/nature12962
Immagine da Wikimedia Commons