Siamo tutti gatti mascherati

Il DNA è una molecola presente all’interno delle nostre cellule, impaccata nel nucleo. I suoi mattoni costitutivi sono i nucleotidi e le sue sequenze codificanti i geni. Gli esseri umani normalmente ospitano due copie (alleli) di ciascun gene. Uno studio recente ha evidenziato come questi alleli in circa il 10-22% dei geni sono regolati in modo differente: per esempio, una

Il DNA è una molecola presente all’interno delle nostre cellule, impaccata nel nucleo. I suoi mattoni costitutivi sono i nucleotidi e le sue sequenze codificanti i geni. Gli esseri umani normalmente ospitano due copie (alleli) di ciascun gene. Uno studio recente ha evidenziato come questi alleli in circa il 10-22% dei geni sono regolati in modo differente: per esempio, una copia può essere trascritta e l’altra no. Espressioni allele-specifiche di questo tipo possono essere create da meccanismi come l’imprinting, , che possono influenzare notevolmente il fenotipo dell’organismo. Pensiamo ad esempio all’inattivazione di uno dei due X nelle femmine, nata per compensare il fatto che le femmine dei mammiferi hanno 2X contro il singolo cromosoma presente nei maschi (in compagnia dell’Y). Nei gatti calico, i comuni mici a macchie di due colori diversi, questa inattivazione crea la tipica pezzatura del pelo. Infatti il gene per il colore del pelo è associato al cromosoma X e il processo di spegnimento è casuale e quindi variabile da cellula a cellula. Così, a seconda di quale gene è inattivo e quale attivo, si crea un vero e proprio mosaico di colori, degno del miglior Arlecchino!

Le variazioni tra individui nelle sequenze del DNA non sono però sempre così evidenti. Esistono differenze piccolissime, dette polimorfismi a livello di singoli nucleotidi, che possono ugualmente influenzare il fenotipo in modo rilevante. In questo caso l’effetto è meno diretto: variando la sequenza anche di un solo mattone, infatti, può variare il legame dei fattori responsabili della trascrizione o il grado di impaccamento del DNA nel nucleo. Nel primo caso, l’espressione del gene può essere aumentata o diminuita per variazione della forza del legame; nel secondo varia invece l’accessibilità del DNA: se è troppo avvolto i fattori non potranno accedervi e viceversa se è svolto sarà più facile trascriverlo.

Così tra individui il fenotipo può essere differente non solo perché le varianti geniche (alleli) sono differenti, ma anche per la variazione di un singolo mattone al loro interno. E’ come se, nell’Arlecchino che è in noi, non variassero solo i grandi quadri di colore, ma anche i singoli fili che formano la trama al loro interno.

In un nuovo studio pubblicato su Science, i molti centri di ricerca coinvolti si sono occupati di catalogare le variazioni allele-specifiche ed individuo-specifiche osservate in diverse famiglie. In particolare, si sono concentrati su variazioni nel legame al DNA dei fattori di trascrizione e nella struttura della cromatina (il DNA impaccato nel nucleo insieme alle proteine). Sono state saggiate linee cellulari provenienti da due famiglie: una con antenati da nord ed ovest Europa ed una nigeriana. Sono stati così valutati quattro adulti senza relazione tra loro (i genitori) e due figli direttamente in relazione con una coppia di adulti, ma non imparentati con l’altra copia o tra di loro. In questo modo è stato possibile determinare l’ereditarietà delle informazioni allele- e individuo- specifiche. Ne è risultato che il 10% dei siti di cromatina attiva (DNA non impaccato) sono individuo-specifici e in proporzione simile allele-specifici.

Queste sequenze sono ereditabili, proprio come i geni? L’analisi di questi siti in un set di genitori confrontato con l’altro ha mostrato come, anche a livello di singoli nucleotidi, i figli siano più simili ai rispettivi genitori che a quelli dell’altra famiglia, fornendo una prova di ereditarietà di questi segnali nella cromatina.

I fili dei nostri Arlecchino si tramandano di padre in figlio!

Ma questa variazione individuale causa cambiamenti nell’espressione genica? I ricercatori hanno osservato come la presenza di sequenze di questo tipo correli in effetti con una regolazione, positiva o negativa, dell’espressione genica.

Sono stati infine analizzati genitori che possedevano sequenze con siti di legame a forza diversa per i fattori di trascrizione. Come sappiamo, i figli ereditano ciascuno dei due alleli da uno dei due genitori. Questa nuova generazione presenta fattori legati con maggior forza all’allele derivante dal genitore più “forte”.

I fili, intrecciandosi, formano effettivamente i quadrati colorati del nostro vestito Arlecchino, visibili nel nostro aspetto!

Questo studio mostra quindi che lo stato della cromatina e il legame ai fattori di trascrizione sono ereditati come variazioni geniche e sono importanti per le differenze fenotipiche tra gli uomini. Ciò significa che, ad esempio per lo studio della predisposizione a certe malattie o per la risposta ai farmaci, non basterà più riferirsi soltanto ai geni, ma occorrerà analizzare le variazioni individuali su piccola scala.

Per fortuna ora, da bravi sarti, possiamo prenderne le misure!

Ilaria Panzeri


Riferimenti
Ryan McDaniell et al. Heritable individual-specific and allele-specific chromatin signatures in Humans. Science, 328: 235-239, 2010.

Fonte dell’immagine: Wikimedia Commons