Il genoma degli eucarioti contiene mediamente all’incirca 20.000 geni che si differenziano per sequenza, funzione e regolazione. Ma come si sono originati? Numerosi meccanismi possono portare all’origine di nuovi geni e le duplicazioni, lo spostamento di trasposoni, esoni e introni, assieme al trasferimento orizzontale, sono forse i più comuni.

La comparsa di geni de novo, ovvero l’evoluzione di una sequenza codificante con a monte regioni regolative partendo da DNA non codificante, è stata sinora descritta come un evento poco probabile e raro nel corso dell’evoluzione. Alcuni studi, condotti in lievito e nel moscerino della frutta, avevano ad esempio mostrato per la prima volta la possibilità che alcuni geni si fossero effettivamente originati de novo da sequenze non codificanti. In modo analogo circa due anni or sono, alcuni ricercatori hanno dimostrato che anche tre geni presenti nel nostro genoma si sono originati de novo dopo la separazione della nostra specie rispetto agli scimpanzé.

Ma quanto può pesare questo processo da un punto di vista quantitativo? Secondo alcune analisi bioinformatiche condotte sul genoma umano, si era stimato che lo 0.075% dei nostri geni si fosse originato de novo da regioni non codificanti del nostro genoma; secondo questa stima, quindi, solo 18 degli oltre 22.000 geni presenti nel nostro genoma si sono originati de novo, mentre tutti gli altri derivano da duplicazioni di geni già esistenti seguite da modificazioni e riarrangiamenti.

Un recente articolo, intitolato “De novo origin of human protein-coding genes” e pubblicato su PLoS Genetics, modifica invece significativamente l’importanza dell’origine de novo. Secondo quanto dimostrato da Dong-Dong Wu e colleghi, ci sarebbero almeno 60 geni (oltre a quelli sinora identificati) che si sarebbero originati de novo nel genoma umano. I geni identificati sono inoltre attivamente trascritti e tradotti tanto da suggerire che essi siano veri e propri geni e quindi non pseudogeni né chimere frutto del progetto genoma (come accaduto per simili ritrovamenti precedenti).

Un ulteriore aspetto di interesse della pubblicazione di Wu e colleghi risiede nel fatto che la maggior parte dei geni de novo identificati sono espressi ad alti livelli nella corteccia cerebrale umana, suggerendo che essi possano avere avuto un ruolo importante nell’evoluzione del nostro cervello e nelle numerose funzioni associate alla corteccia cerebrale, tra cui la capacità di apprendimento, la memoria e il linguaggio.

Un secondo organo in cui sono stati trovati numerosi trascritti di geni de novo è dato dai testicoli. Le gonadi maschili sono spesso descritte come organi in evoluzione veloce, dato il loro coinvolgimento in processi quali la competizione spermatica, il conflitto sessuale e l’isolamento riproduttivo.  La presenza di geni de novo potrebbe quindi avere contribuito in modo significativo all’evoluzione dei testicoli nella nostra specie differenziandone alcuni tratti rispetto agli altri primati.

Nonostante queste nuove stime, la duplicazione rimane il principale meccanismo che ha portato alla comparsa di nuovi geni, ma i dati pubblicati portano ad una necessaria rivalutazione dell’importanza data all’origine de novo di nuovi geni nell’evoluzione del genoma umano. Non è tra l’altro da escludere che approcci sperimentali sempre più mirati non permettano nei prossimi mesi l’identificazione di altri geni originati de novo, rafforzando ulteriormente l’importanza di questa via di evoluzione del genoma umano… e non solo… poichè studi analoghi stanno portando alla scoperta di geni de novo anche nel genoma di altri viventi, tra cui ad esempio lo scimpanzé.

Mauro Mandrioli