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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 Daniel Iversen e Claudio Galbiati

Quando si ha a che fare con il trattare, curare e prevenire il cancro, bisogna ammettere che la medicina moderna ha fallito ampiamente. Si potrebbe sostenere che il cancro è troppo complicato per essere compreso nei pochi millenni in cui si è iniziato a documentarlo, oppure che i miliardi spesi in ricerca ogni anno sono troppo pochi. Incentivi prestabiliti e politiche che perpetuano ricerche “a porte chiuse” sembrano rallentarne il successo.

I ricercatori di medicina sono stati formati in una cultura professionale dove regna la segretezza, dove si devono proteggere i propri interessi. La cultura dominante quindi scoraggia la condivisione delle proprie scoperte e la collaborazione sui progetti. E’ diventato insomma più importante proteggere interessi costituiti che sfruttare la vasta rete collaborativa che è disponibile nel mondo accademico.

Questo modo di pensare è diventato una pillola amara che deve ingoiare quel quarto della popolazione che muore oggi di cancro. Secondo l’Organizzazione della Sanità una morte su quattro è imputabile al cancro.

Che cosa succederebbe se i ricercatori sul cancro fossero in grado di adottare un approccio aperto e collaboratvo, come quello che ha rivoluzionato lo sviluppo del software negli ultimi due decenni ?
Che cosa potrebbe accadere se la ricerca del cancro diventasse Open Source ?

Linux ha avuto successo perché un grande gruppo di persone ha riconosciuto una necessità e quindi ha concordato un processo per soddisfare tale esigenza. La genialità dell’approccio Open Source sta nella grande quantità di cervelli che partecipano e questo dimostra che l’intelligenza collettiva, messa in rete, è più grande di quella di ogni singolo contribuente.

Sebbene il termine sia riferito soprattutto allo sviluppo del software, l’idea non lo è.
Infatti, alcune ricerche mediche fanno già uso di questa metodologia nello stesso modo in cui Linus Torvalds e altri, sviluppano sistemi operativi open source. Il progetto “Genoma Umano“, per esempio, ha distribuito con grande successo la mappatura dei geni con l’intento di velocizzare il sequenziamento del genoma. Il team di questo progetto ha pubblicato i propri dati in maniera aperta, su internet.

Più recentemente anche un team di ricercatori di Harvard, ha scoperto la forza della ricerca distribuita. La squadra, guidata da Jay Bradner presso il Dana Farber Center Institute ha scoperto delle molecole inibitrici che si sono dimostrate promettenti nella capacità di interrompere la crescita aggressiva delle cellule tumorali. Queste piccole molecole inibitrici, chiamate JQ1 – dal chimico che le ha scoperte, June Qi – agiscono per sopprimere una proteina (bromodomain-containing 4 oppure Brd4) necessaria per l’espressione del gene regolatore Myc. Si tratta di un gene Myc mutato che si crede essere alla radice di molti tumori. Senza Brd4, il gene Myc resta inattivo.
Inibire quest’ultimo potrebbe essere parte della chiave del successo nella cura del cancro.

Con alcune cellule di un paziente infetto, il gruppo di Bradner ha fatto crescere il cancro nei topi e scoperto che quei roditori che ricevevano il componente sopravivevano, mentre i topi malati che non lo ricevano perivano rapidamente.

Invece di operare in segretezza e in modo guardingo, il gruppo di Bradner ha condiviso il proprio lavoro, semplicemente iniziando a inviare i propri risultati agli amici.
Sono stati spediti anche a dei cristallografi di Oxford, i quali poi di risposta hanno mandato una immagine esplicativa che ha aiutato il team del Dr. Bradner a comprendere meglio il modo in cui la piccola molecola inibitrice agisca cosi potentemente contro il Brd4.

I componenti del team hanno inviato campioni a 40 laboratori negli Stati Uniti e altri 30 in Europa, incoraggiandoli a usarli, elaborarli, e condividere le loro scoperte a loro volta. Il risultato di questo approccio Open Source è che il team del Dr. Bradner ha imparato, in meno di un anno, che la molecola inibitrice JQ1 previene la crescita della leucemia, facendo comportare le cellule infette come normali globuli bianchi del sangue.
Un’altro gruppo ha riferito che le cellule del mieloma multiplo rispondono in maniera incredibile al JQ1 e anche scoperto che l’inibitore impedisce alle cellule adipose di accumulare grasso, in modo da prevenire la steatosi epatica (nota anche come “malattia del fegato grasso”).

Bradner ha pubblicato le sue scoperte.
Ha rilasciato l’identità chimica del composto, spiegato ai ricercatori come crearla, e addirittura offerto di spedire campioni gratis a chiunque, nella comunità di ricerca medica (se sei un ricercatore e desideri un campione della molecola JQ1, puoi anche contattare il laboratorio di Bradner via twitter @jaybradner ).

Bradner sente che i suoi ultimi successi non sono dovuti solo alla scienza, ma anche alla strategia. Usando un approccio Open Source, condividendo le informazioni su questa molecola, facendo un crowd-sourcing sulla ricerca e sulla sperimentazione, illustra le opportunità che una metodologia aperta può portare alle difficili sfide della ricerca medica e alla scoperta di prototipi di farmaci.

Nel suo recente video-discorso rilasciato al TED talk, il Dr. Bradner spiega che lui crede fermamente che il creare prototipi di farmaci liberamente disponibili tra i ricercatori contribuisca ad accellerare l’erogazione di farmaci efficaci contro il cancro ai pazienti infetti.

Con maggior pratica, fiducia negli altri e con queste ricerche collaborative, gli scienziati potranno spezzare progetti grandi e complicati in porzioni più piccole e più realizzabili. Diffondendo i compiti tra molti gruppi più piccoli, può essere fatto molto di più e in un tempo molto minore.

Se avesse usato i vecchi modelli di ricerca, la squadra di Bradner avrebbe compreso ugualmente nel primo anno che il JQ1 colpisce le cellule ALS, ma forse sarebbe passato un’altro anno prima di arrivare alla leucemia, e un’altro anno ancora prima di capire l’effetto contro il fegato grasso.
Di quanti anni si ritarderebbe lo sviluppo dei farmaci di cui abbiamo bisogno oggi, usando il vecchio metodo?

E’ tempo di considerare seriamente un modello diverso di ricerca scientifica che coinvolga tutti e porti un miglioramento alla società, favorendo l’accesso aperto e libero alle informazioni scientifiche. Il beneficio per i pazienti sarebbe enorme

Fonte: OpenSource.com

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Traduzione a cura di Denis Gobbi 

Questa immagine raffigura la serie di reazioni che subisce l'acqua durante la separazione in molecole di idrogeno e ioni di idrossido (OH-). Il processo viene innescato dai grappoli di Idrossido di Nickel (verde) incorporati in un quadro di platino (grigio).

Questa immagine raffigura la serie di reazioni che subisce l'acqua durante la separazione in molecole di idrogeno e ioni di idrossido (OH-). Il processo viene innescato dai grappoli di Idrossido di Nickel (verde) incorporati in un quadro di platino (grigio).

Quando si tratta di produzione industriale di sostanze chimiche, spesso l’elemento più indispensabile è proprio il meno visibile, anzi esso è invisibile, non lo puoi annusare, toccare nè tantomeno gustarlo. E’ l’idrogeno, l’elemento più leggero che esista.

I ricercatori del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) nell’Argonne National Laboratory sono riusciti a sviluppare uno straordinario ed efficiente processo di ellettrolisi in due fasi che separa gli atomi di idrogeno dalle molecole d’acqua prima di ricombinarli tra di loro per dare forma ad idrogeno molecolare (H2). Questo idrogeno molecolare può essere utilizzato in qualsiasi applicazione: dalle celle combustibili alla trasformazione industriale.

Strade più accessibili e semplici alla produzione dell’idrogeno sono state a lungo bersaglio di molti scienziati ed ingegneri, principalmente perchè il processo richiede esso stesso una grande quantità di energia, basti pensare al fatto che il 2% di tutta l’energia prodotta negli Stati Uniti è dedicata proprio alla produzione di idrogeno molecolare. Si stà cercando quindi un modo per ridurre questa questa cifra.

“La gente comprende che una volta che hai l’idrogeno, da esso puoi estrarre un moltissima energia, ma non si rende conto di quanto sia difficile ottenerlo in primis.” ha detto Nenad Markovic, il chimico che ha guidato la ricerca.

Mentre una gran quantità di idrogeno viene creata dalla riformazione naturale del gas ad alta temperatura, questo processo genera emissioni di anidride carbonica. “Gli elettrolizzatori d’acqua sono fino ad ora il metodo più pulito per produrre l’idrogeno” ha detto Markovic. “Il metodo che abbiamo messo a punto combina le particolari caratteristiche di due dei migliori materiali noti per l’elettrolisi a base d’acqua.”

La maggior parte dei precedenti esperimenti di elettrolisi a base d’acqua si basano su metalli speciali, come il platino, per assorbire e ricombinare l’idrogeno reattivo intermedio in idrogeno molecolare stabile. La ricerca di Markovic si concentra sul passaggio precedente, che consiste nel miglioramento dell’efficienza con cui una molecola d’acqua in entrata di scompone nei suoi fondamentali componenti. Per fare ciò Markovic ed i suoi colleghi hanno aggiunto grappoli di una lega metallica conosciuta come Idrossido di Nickel [Ni(OH)2]. Collegati ad un quadro di platino, i grappoli lacerano le molecole d’acqua, permettendo all’idrogeno liberato di essere catalizzato dal platino.

“Uno dei punti più importanti di questo esperimento  consiste nella combinazione di due materiali che hanno punti di forza differenti.” ha detto Markovic. “Il vantaggio di usare sia gli ossidi che i metalli in combinazione migliora drasticamente l’efficienza catalizzante dell’intero sistema”.
In accordo con George Crabtree, studioso dei materiali dell’Argonne National Laboratory che ha aiutato inizialmente nell’avviare questo programma energetico di conversione, il successo dei ricercatori è da attribuire alla loro capacità di lavorare in quelli che vengono definiti come “sistemi monocristallini” materiali privi di difetti che permettono agli scienziati di prevederne accuratamente il comportamento a livello atomico. “Non solo abbiamo aumentato l’attività catalitica di un fattore di 10, ma abbiamo anche capito come ogni singola parte del sistema funziona. Con lo scaling dal singolo cristallo al catalizzatore vero e proprio, questo lavoro illustra come la comprensione fondamentale porta a nuove innovative tecnologie”.
Fonte: anl.gov

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