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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Uova e sperma trasmettono memoria sulla repressione dei geni agli embrioni

Crescenti evidenze suggeriscono come lo stress ambientale possa attuare cambiamenti nell’espressione dei geni trasmessi dai genitori alla loro discendenza, rendendo il tema “epigenetica” molto caldo. Le modifiche epigenetiche non riguardano la sequenza dei geni nel DNA,  ma il modo in cui il DNA viene “impacchettato” e la maniera in cui i geni vengono espressi. Ora, uno studio portato avanti da scienziati dell’ UC Santa Cruz stà dimostrando come la memoria epigenetica possa passare di generazione in generazione e da cellula a cellula durante lo sviluppo.

Lo studio, pubblicato il 19 settembre su Science, è incentrato su una ben documentata modificazione epigenetica: la metilazione di una proteina di DNA chiamata histone H3.

La metilazione di un amminoacido particolare (lisina 27) in questa proteina è conosciuta per l’abilità di poter spegnere o meglio “reprimere” alcuni geni, e questo particolare meccanismo trova un parallelo in tutto il mondo animale multicellulare,  dall’essere umano fino al piccolo Caenorhabditis elegans, il verme utilizzato in questo studio.

Il dibattito

 

“C’è stato un dibattito in corso riguardo la possibilità di ereditarietà del tratto riguardante questa metilazione enzimatica tra cellule e tra generazioni, e noi abbiamo finalmente dimostrato che avviene per davvero” ha affermato Susan Strome, una professoressa di biologia molecolare, cellulare e inerente allo sviluppo all’UC Santa Cruz.

Il laboratorio di Strome ha creato vermi con una mutazione che esclude l’enzima responsabile della metilazione, e quindi fatto accoppiare quei vermi mutati con degli altri normali. Usando etichette fluorescenti, sono stati capaci di tracciare lo sviluppo dei cromosomi contrassegnati (e non) sotto al microscopio, a partire dalle cellule uovo e dallo sperma fino alla divisione cellulare degli embrioni dopo la fecondazione. Embrioni nati da ovuli mutanti fecondati da sperma normale aveva sei cromosomi metilati (derivanti dallo sperma) e sei cromosomi non marchiati (derivanti dall’ovulo).

Mano a mano che l’embrione si sviluppava, le cellule replicavano i loro cromosomi e si dividevano. I ricercatori hanno scoperto che quando un cromosoma marchiato si divide, entrambi i cromosomi figli risultano marcati allo stesso modo. Senza l’enzima richiesto per la metilazione della proteina histone però, il marchio viene progressivamente diluito divisione dopo divisione.

“Il marchio rimane nei cromosomi derivanti da quelli iniziali aventi il medesimo marchio, ma non ce n’è abbastanza per entrambi i cromosomi figli per renderli “carichi al 100%” ha affermato Strome. “Quindi il marchio risulta chiaro nell’embrione iniziale, ma meno nelle cellule figlie dopo la divisione, ancora abbastanza chiaro in un embrione di quattro cellule, ma già dopo 24/48 cellule non riusciamo più a vederlo.”

I ricercatori hanno quindi eseguito l’esperimento inverso, fertilizzando normali cellule con sperma mutato. L’enzima responsabile della metilazione (chiamato PRC2) è normalmente presente negli ovuli ma non nello sperma, non contribuendo molto di più al di là della trasmissione dei suoi cromosomi all’embrione. Quindi l’embrione risultante ha avuto comunque sei cromosomi non marchiati (questa volta dallo sperma) e sei cromosomi marchiati, con la differenza però ora di avere l’enzima.

“Rimarcabilmente, mentre osservavamo i cromosomi attraverso la divisione cellulare, i cromosomi marchiati sono rimasti chiaramente marchiati, perchè l’enzima continuava a riprodurre il marchio, ma i cromosomi non marchiati sono rimasti uguali, divisione dopo divisione” Strome ha affermato. “Questo dimostra che il pattern di cromosmi marchiati (e non) è stato ereditato e viene trasmesso attraverso multiple divisioni cellulari.”

Immagine di embrioni di C. elegans evidenzianti trasmissione ed ereditarietà di marchi epigenetici. L’embrione a sinistra mostra il marchio (in verde) ereditato nei cromosomi dallo sperma ma non nei cromosomi ovociti (in rosa) da una madre mutante senza l’enzima della metilazione PRC2. Il secondo embrione a destra mostra la trasmissione del marchio nei cromosomi derivanti dallo sperma in ognuno dei due nuclei figli. (Foto di Laura J. Gaydos)

 

Importanti implicazioni

 

Strome ha notato come le scoperte in questo studio sulla trasmissione della metilazione della proteina histone nei vermi di C. elegans ha importanti implicazioni in altri organismi, anche se questi usano il marchio repressivo per regolare geni diversi duranti diverse fasi dello sviluppo. Tutti gli animali usano lo stesso enzima per creare lo stesso marchio di metilazione come segnale per la repressione genetica, e i suoi colleghi nel campo della ricerca epigenetica su topi ed esseri umani sono entusiasti delle nuove scoperte.

Strome ha aggiunto: “Il campo della trasmissione epigenetica non è un campo del tutto conosciuto, è molto in movimento.” “Ci sono dozzine di potenziali marchi epigenetici. Negli studi che documentano la trasmissione epigenetica da genitore a figlio, non è chiaro esattamente cosa viene trasmesso, e comprenderlo a livello molecolare è davvero molto complicato. Ora noi abbiamo uno specifico esempio di memoria epigenetica trasmessa ereditariamente, e possiamo vederla nel microscopio. E’ un pezzo del puzzle.”

 

 

Fonte: news.ucsc.edu

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Traduzione a cura di Claudio Gabiati

Gli scienziati dell’Università di Nottingham hanno dato vita a numerosi dibattiti nel 2008, affermando che il loro oggetto di studio, la Planaria o “verme piatto”, potrebbe in realtà essere immortale, essendo in possesso di una capacità illimitata di rigenerare le proprie cellule, e quindi praticamente senza mai invecchiare. In effetti, deve essere fatta un’importante precisazione, la cosa interessante non è che il verme non inveccha mai, ma il fatto che rimanga sempre giovane!

Come potete immaginare una scoperta così interessante non è passata inosservata e non ci è voluto molto perchè fosse posta la domanda essenziale: come potete affermare che essi siano davvero immortali? Una semplice domanda, con una risposta estremamente complicata.

Per rispondere a questa domanda dobbiamo, in primo luogo, definire che cosa rende un animale immortale. Semplicemente, se diciamo che un animale è immortale, aspettarsi che muoia è lontano dall’essere pratico, in termini scientifici.
I ricercatori hanno isolato una serie di parametri genetici che devono presentarsi per poter considerare un animale immortale.
Prima di tutto si deve ritenere che esso abbia la capacità di sostituire le sue vecchie cellule indefinitamente, ed è il compito delle cellule staminali.

Con l’età la maggior parte degli animali tende a perdere gradualmente questa capacità, causando invecchiamento, disordini ed eventualmente la morte. Il verme piatto non solo è in grado di rigenerare le sue vecchie cellule morte, ma può letteralmente costruire un nuovo cervello, l’intestino o la coda quando viene diviso a metà.

In questo caso entrambe le metà danno origine ad un nuovo individuo.
Nel corso degli anni, durante le loro ricerche, gli scienziati della Notthingam University hanno clonato alcune migliaia di individui partendo da un solo verme piatto, tagliandolo a metà, le quali sono state poi divise in due parti e così via.

Il biologo Dottor Aziz Aboobaker della University’s School of Biology, che ha guidato il progetto, spiega:
“ Stavamo studiando due tipi di vermi planari; quelli che si riproducono sessualmente, come noi, e quelli che si riproducono asessualmente, semplicemente dividendosi in due”

“Entrambi sembrano essere in grado di rigenerarsi indefinitamente sviluppando nuovi muscoli, pelle, intestini ed anche cervelli completi, ancora ed ancora.”

“Solitamente quando le cellule staminali si dividono – per curare le ferite o durante la riproduzione o la crescita – esse cominciano a mostrare segni d’invecchiamento. Ciò significa che le cellule staminali non saranno più capaci di dividersi e meno capaci di sostituire cellule specializzate morte nei tessuti dei nostri corpi.
L’invecchiamento della nostra pelle è forse l’esempio più chiaro di quet’effetto.”

“I vermi planari e le loro cellule staminali sono in qualche modo capaci di evitare il processo di invecchiamento e mantenere la divisione cellulare.”

LA CHIAVE SI CELA NEL DNA

Ogni volta che una cellula si divide, la terminazione del suo DNA, chiamata telomero, diventa più corto. Un enzima chiamato telomerasi rigenera i telomeri, comunque nella maggior aprte degli organismi a riproduzione sessuale è attiva soltanto durante lo sviluppo dell’organismo. Una volta raggiunta la maturità, l’ enzima smette di funzionare e i telomeri diventano sempre più corti finchè la replicazione cellulare diventa impossibile, altrimenti il DNA subirebbe gravi danneggiamenti.

Un animale immortale riesce a mantenere la lunghezza del telomeroi ndefinitamente, in questo modo può continuare a riprodursi, e il Dott. Aboobaker con i suoi colleghi sono riusciti a dimostrare che i vermi piatti conservano attivamente le terminazioni dei loro cromosomi nelle cellule staminali adulte, portandoli all’immortalità teorica.
Il dottorando Thomas Tan ha condotto una serie di esperimenti decisivi all’interno del progetto, per spiegare scientificamente l’affascinante, quanto teorica, immortalità.

È stata identificata una versione piana del gene che codifica per l’enzima della telomerasi, e la sua attività era spenta.
Dato che la dimensione del telomero si riduceva, è stato quindi confermato che era il gene era proprio quello.

Armati di questa nuova scoperta e comprensione, gli scienziati hanno monitorato e misurato il gene, osservando che nei vermi a riproduzione sessuale la sua attività aumenta enormemente quando si rigenerano, permettendo alle cellule staminali di conservare i loro telomeri durante la divisione per formare tessuti mancanti.

“È stato fantastico trovarmi tra il laboratorio genetico sui lieviti del Prof. Edward Louis e il centro di Ricerca sui Tumori al Cervello nei Bambini, oltre ai centri di ricerca della University of Notthingam competenti in biologia del telomero.
Aziz e Ed cominciarono a chiedere prove più chiare e penso che siamo riusciti a dare una risposta molto soddisfacente.” afferma il Dott. Tan.

DA VERMI IMMORTALI A UMANI IMMORTALI

Lo stesso non si applicava ai vermi piatti con riproduzione sessuale che, in ogni caso, continuavano a mostrare la stessa, apparentemente indefinita, capacità di riprodursi. I ricercatori spiegano che anche se questi vermi piatti accorciassero eventualmente i loro telomeri, sebbene molto gradualmente, o avessero trovato un modo diverso di conservare indefinitamente la replicazione cellulare, questo non coinvolge l’enzima della telomerasi.

I ricercatori sostengono che il prossimo passo è studiare come tutto ciò può essere applicato ad organismi più complessi, come gli umani.
“ I prossimi obiettivi per noi sono: comprendere questi meccanismi più nel dettaglio e capire di più su come far evolvere animali immortali.” dice Aboobaker.

“I vermi sono un un sistema modello al quale possiamo porre domande come: è possibile per un animale pluricellulare essere immortale ed evitare gli effetti dell’invecchiamento?”

“Se si, come si comportano questi animali a confronto con altri che non possono esserlo? Ovviamente noi speriamo che questo possa avere impatto sugli umani, è per questo che facciamo ricerca. Ma non è nostra intenzione produrre droghe o medicine… lo stanno già facendo altri, sono sicuro.”

Le scoperte sono state pubblicate su PNASUniversity of Nottingham PR.

Un’altro video molto interessante sull’età, e quano possiamo invecchiare.

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Fonte: Zmescience

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