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| Immagine ripresa da Gonzalez-Perez et al., 2019 |
Come mutiamo
Cari ragazzi le mutazioni sono un processo biologico chiave, per il singolo individuo, così come per l'intera specie di appartenenza.
Abbiamo ripetuto più volte che, se da un lato una singola mutazione può provocare malattie anche molto gravi, l'evoluzione biologica delle
specie si realizza grazie alla variabilità genetica delle popolazioni, la cui base è rappresentata dalle mutazioni. Dopo aver studiato i primi
rudimenti di biologia molecolare, vale la pena approfondire questo argomento e capirne meglio il suo significato biologico.
Gli scienziati, che si occupano di mutazioni, hanno ormai chiarito non solo il loro senso biologico, ma anche gli eventi molecolari che
si verificano nel nucleo e che permettono le variazioni del patrimonio genetico di un organismo. È molto interessante sapere che anche l'organizzazione
strutturale del DNA nel nucleo influenza la frequenza con cui avvengono mutazioni in una particolare regione del genoma. Sappiamo che il DNA è
associato a proteine (per esempio gli istoni) e "ripiegato" in una struttura molto compatta all'interno del nucleo. L'insieme del DNA e delle proteine
prende il nome di cromatina, per la sua affinità verso i coloranti basici. La cromatina è organizzata a sua volta in nucleosomi
cioè circa 200 basi di DNA avvolte intorno a otto proteine istoniche. Tra un nucleosoma e l'altro ci sono porzioni di DNA, non associate a proteine,
note come linker. Abbiamo studiato che quando un gene deve essere espresso avviene il processo di trascrizione. La doppia elica del DNA
viene aperta in corrispondenza del gene da trascrivere e, grazie a proteine dette fattori di trascrizione, una delle due eliche del DNA,
indicata come "elica nonsenso", viene copiata in mRNA (RNA messaggero). Il messaggero, come sapete, andrà poi nel citoplasma per essere tradotto.
Gli scienziati hanno compreso che la presenza dei nucleosomi e dei fattori di trascrizione influenza la frequenza con cui avvengono le mutazioni in una determinata
sequenza di DNA. Perché e quale significato evolutivo può avere un fenomeno di questo tipo?
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| Immagine ripresa da Gonzalez-Perez et al., 2019 |
Ad ogni divisione cellulare, le mutazioni si accumulano nel nostro genoma. Le mutazioni avvengono sia per errori del sistema di copiatura del DNA, errori commessi dalla DNA polimerasi, che per azione di agenti chimico-fisici che alterano il DNA, si pensi alle radiazioni UV oppure alle sostanze contenute nel fumo di sigaretta, due potenti mutageni ben noti. Molte di queste mutazioni sono innocue, perché non alterano la sequenza delle proteine, ma altre provocano variazioni aminoacidiche e alterazioni dell'espressione genica che portano a malattie genetiche, neurodegenerative e al cancro. Nel nostro organismo esiste, tuttavia, un sistema noto come "SOS response" che permette di riparare le mutazioni prima che queste vengano trasmesse alla discendenza della cellula mutata. Il sistema di correzione del DNA non funziona nel 100 % dei casi e non funziona con la stessa efficienza in tutte le zone del DNA. L'accumulo di mutazioni è, tra l'altro, il processo mediante il quale si passa da una cellula normale ad una tumorale. I tumori si sviluppano più frequentemente in età avanzata proprio perché serve tempo per l'accumulo di mutazioni necessarie per la trasformazione tumorale. Si può pensare ai tumori come ad una specie di compromesso tra la necessità di mutare, per garantire variabilità genetica nella specie, e l'esigenza di correggere gli errori del DNA per non andare incontro ad una morte precoce del singolo individuo. Studiando la struttura della cromatina gli scienziati si sono, quindi, accorti che non tutte le regioni del DNA hanno la stessa probabilità di mutare.
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| Immagine ripresa da Gonzalez-Perez et al., 2019 |
La maggiore o minore frequenza di mutazione è legata proprio al sistema di DNA repair. I nucleosomi occupano dal 75 al 90 % del DNA e sembra che il numero di mutazioni in corrispondenza dei nucleosomi sia più alto di quello che si verifica nei linker. Insomma, il DNA che forma i nucleosomi muta più frequentemente. Al contrario le regioni che sono attivamente trascritte sono anche quelle che accumulano il minor numero di mutazioni. I ricercatori ipotizzano che nel caso dei nucleosomi l'impacchettamento del DNA ostacoli in qualche modo l'efficienza del sistema di correzione delle mutazioni. Le proteine che dovrebbero agire per riparare il DNA, semplicemente, non hanno lo spazio sufficiente per farlo. Invece, quando il DNA è meno condensato ed è aperto per il processo di trascrizione, risulta più accessibile al macchinario molecolare che ripara le mutazioni. Lo studio di questi meccanismi molecolari che sono alla base delle mutazioni permette di fare una riflessione sul ruolo evolutivo di tali processi. Infatti, pensiamo ad una situazione ipotetica: un gene può nel corso dell'evoluzione cambiare la sua posizione nel genoma. Queste mutazioni si chiamano traslocazioni. Un determinato gene può quindi migrare da una regione a bassa frequenza di mutazione a una in cui le mutazioni si accumulano più velocemente. Questo significa che il nostro DNA ha, in qualche modo, un sistema per regolare la sua frequenza di mutazioni e quindi la sua velocità di evoluzione. Questo tipo di studi ci permette, dunque, di riflettere sul profondo legame che esiste tra ciò che accade a livello molecolare nel nucleo di una singola cellula e le conseguenze evolutive, visibili, invece, a livello di popolazioni e intere specie!
ReferenzeManuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)