Pseudogeni: cosa sono e a cosa servono?

Quando si dice "cervelli in fuga"! Pier Paolo Pandolfi è un eccellente scienziato che l'Italia ha perso. Lavora da tempo, ormai, negli Stati Uniti producendo continuamente risultati di grande impatto scientifico. Vi sintetizzo qui uno dei suoi ultimi lavori...sperando non solo di farvi assaporare il fascino della biologia molecolare ma anche di farvi crescere con la consapevolezza che l'Italia ha bisogno di trattenere i suoi cervelli migliori e non di farli fuggire!

Sapete, ragazzi, che il DNA è formato dalla sequenza di 4 basi azotate (A, T, G, C) che, lette in triplette, codificano per la sequenza di aminoacidi di una proteina. Molti pezzi di DNA, detti geni, contengono quindi l'informazione per fare una proteina. Il messaggio contenuto nel DNA viene prima copiato in mRNA, RNA messaggero, in un processo che si chiama trascrizione, quindi passa dal nucleo al citoplasma dove viene tradotto in proteina dai ribosomi (traduzione). E' in questo modo che si passa dal "genotipo" al "fenotipo".
Non tutti i geni vengono espressi contemporaneamente in tutte le cellule, cioè le varie cellule non producono tutte le proteine codificate dal nostro DNA nello stesso momento. Questo è un concetto molto importante infatti in questo modo da un'unica cellula (lo zigote) si può sviluppare un organismo umano completamente funzionante in cui le varie cellule e i tessuti si specializzano e si differenziano. Le cellule del cuore produrranno proteine diverse da quelle del fegato perché le funzioni dei due organi sono diverse. Ma come fa una cellula a sapere quali sono i geni che devono essere espressi e in quale momento? E' qui che la biologia molecolare diventa affascinante. Nella cellula esistono dei meccanismi, noti come regolazione dell'espressione genica, che fanno sì che un gene venga espresso solo al momento giusto!!!
Se siete curiosi approfondiremo qualcuno di questi meccanismi. Ora vediamo invece quello che hanno scoperto nel laboratorio di Pier Paolo Pandolfi!

I processi di trascrizione e traduzione dell'informazione genetica contenuta nel DNA.

Nel nostro DNA esistono anche i cosiddetti pseudogeni. Si tratta di copie più o meno fedeli dei nostri geni che fino a poco tempo fa venivano considerati dei relitti evolutivi, geni non più necessari rimasti nel genoma e da considerare DNA spazzatura. Il gruppo di ricerca di Pandolfi è riuscito a dimostrare che questi pezzi di DNA hanno una funzione ben precisa, almeno in alcuni casi. Lo pseudogene studiato da questi scienziati ha un ruolo fondamentale proprio nella regolazione dell'espressione di alcuni geni importanti nella biologia dei tumori. Vediamo di capire.
Il gene studiato dal gruppo di Pandolfi si chiama PTEN. La sua funzione è quella di sopprimere i tumori, cioè è un gene, diciamo sentinella, che fa parte delle nostre difese contro i tumori. Il cancro è una malattia genetica che ha inizio quando una cellula inizia a dividersi in maniera incontrollata e a proliferare senza più regolazione. Nelle nostre cellule esistono controlli perché questo non accada (leggi anche l'approfondimento: Evoluti per il cancro?). Il gene PTEN è una di queste sentinelle! Se nella cellula è presente la proteina codificata dal gene PTEN non si sviluppa il tumore. La quantità di mRNA del gene PTEN, e di conseguenza la quantità di proteina, viene regolata da piccole molecole di RNA, detti microRNA.

Il meccanismo d'azione dei microRNA.

I microRNA fanno parte di quei meccanismi di regolazione dell'espressione genica di cui abbiamo parlato prima. Si legano all'mRNA che devono regolare e bloccano la traduzione della proteina. Nel caso del gene PTEN il suo mRNA viene regolato non solo da questi microRNA ma anche dall'mRNA copiato dal suo pseudogene, noto come PTENP1. Infatti lo pseudogene viene copiato in mRNA e, siccome è molto simile all'mRNA del gene PTEN, sequestra le molecole di microRNA che si legherebbero altrimenti con il messaggero di PTEN bloccando la produzione di proteina. L'attività dello pseudogene fa da esca per il microRNA e di conseguenza la molecola di mRNA del gene PTEN è libera per poter essere tradotta in proteina e proteggere le cellule dalla trasformazione tumorale.

PTEN è un gene che sopprime i tumori. Un microRNA può impedire la formazione di questa proteina portando allo sviluppo del cancro (a). Nel nostro genoma esiste tuttavia uno pseudogene di PTEN, chiamato PTENP1, che viene trascritto e legandosi al microRNA lo sequestra, permettendo così l'espressione della proteina PTEN e di conseguenza la soppressione della crescita delle cellule tumorali (b).
(http://www.nature.com/nature/journal/v465/n7301/images_article/4651016a-f1.2.jpg)

La ricerca di questi scienziati ha permesso per la prima volta di dimostrare sperimentalmente che sia le molecole di mRNA che gli pseudogeni possono avere un ruolo di regolazione dell'espressione genica. Il risultato è di straordinaria importanza perché nel nostro genoma esistono migliaia di pseudogeni. Si pensava che non servissero a molto e invece ora sappiamo che possono regolare l'espressione genica. I risultati del gruppo di Pier Paolo Pandolfi apriranno la strada sicuramente a nuove scoperte nella biologia del cancro e di molte altre malattie.

Referenze
Poliseno L., Salmena L., Zhang J., Carver B., Haveman W.J., Pandolfi P.P. (2010) A coding-independent function of gene and pseudogene mRNAs regulates tumor biology. Nature 465: 1033-1038.

Furnari F. (2010) Decoy for microRNAs. Nature 465: 1016-1017.

Melotti E. (2010) Un nuovo ruolo per l'RNA non codificante. Le Scienze 504: 36-37.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)