All’inizio di quest’anno, gli scienziati hanno identificato l’esistenza di una nuovissima struttura del DNA mai vista prima nelle cellule viventi. La struttura del DNA non è solo a doppia elica.
La scoperta di ciò che viene descritto come un “nodo contorto” del DNA nelle cellule viventi conferma che il nostro codice genetico è realizzato con una simmetria più complessa della semplice struttura a doppia elica che tutti associano al DNA. È importante sottolineare che le forme di queste varianti molecolari influenzano il funzionamento della nostra biologia.
“Quando la maggior parte di noi pensa al DNA, visualizza la doppia elica“, ha spiegato Daniel Christ, immunologo del Garvan Institute of Medical Research in Australia ad aprile, quando è stata fatta la scoperta. “Questa nuova ricerca ci ricorda che esistono strutture del DNA completamente diverse – e potrebbe essere importante per le nostre cellule“.
La componente del DNA identificata dal team è chiamata struttura intercalata (i-motif), che fu identificata già negli anni ’90 , ma fino ad ora era stata osservata solo in vitro, non nelle cellule viventi.
Grazie al team di Christ, ora sappiamo che l’i-motif si trova naturalmente nelle cellule umane, il che significa che il significato della struttura per la biologia cellulare – che è stato precedentemente messo in dubbio, dato che era stato dimostrato solo in laboratorio – richiede una nuova attenzione da parte dei ricercatori.
(Zeraati et al., Nat Chem, 2018)
Se la tua unica familiarità con le forme del DNA sono le doppie spirali elicoidali rese famose da Watson e Crick, la configurazione del motivo intercalato potrebbe essere una sorpresa.
“L’i-motif è un” nodo “di DNA a quattro fili,” ha spiegato il genomicista Marcel Dinger, che ha co-diretto la ricerca.
“Nella struttura a nodo, le lettere C [citosina] sullo stesso filamento di DNA si legano l’una all’altra – in modo molto diverso da una doppia elica, dove “lettere” poste su fili opposti si riconoscono e dove C si lega a Gs [ guanina]“.
Secondo Mahdi Zeraati di Garvan, il primo autore del nuovo studio, l’i-motif è solo una delle numerose strutture del DNA che non prendono la forma a doppia elica – inclusi A-DNA, Z-DNA, triplex DNA e Cruciform DNA – e che potrebbe anche esistere nelle nostre cellule.
Un altro tipo di struttura del DNA, chiamata G-quadruplex (G4) DNA, è stato visualizzato per la prima volta da ricercatori in cellule umane nel 2013, utilizzando un anticorpo ingegnerizzato per rivelare il G4 all’interno delle cellule.
Nello studio dello scorso aprile, Zeraati e gli altri ricercatori impegnati nello studio hanno utilizzato lo stesso tipo di tecnica, sviluppando un frammento di anticorpo (chiamato iMab) che poteva specificamente riconoscere e legarsi a i-motifs.
In tal modo, ha evidenziato la sua posizione nella cellula attraverso l’immunofluorescenza.
Rappresentazione artistica sovrapposta all’imaging dell’anticorpo iMab (verde) nei nuclei delle cellule (Chris Hammang)
“Ciò che ci ha eccitato di più è che abbiamo potuto vedere i punti verdi – i-motivi – apparire e scomparire nel tempo, quindi sappiamo che si stanno formando, dissolvendo e formando di nuovo“, ha detto Zeraati.
Mentre c’è ancora molto da imparare su come funziona la struttura i-motif, i risultati indicano che gli i-motif transitori generalmente si formano tardivamente nel “ciclo di vita” di una cellula – specificamente chiamata fase tardiva G1, quando il DNA viene attivamente ‘letto’ .
Gli i-motif tendono anche ad apparire in quelle che sono conosciute come regioni “promotore” – aree del DNA che controllano l’attivazione o la disattivazione dei geni – e nei telomeri, marcatori genetici associati all’invecchiamento.
“Pensiamo che l’andare e venire degli i-motif sia un indizio della loro funzione e attività. Sembra probabile che siano lì per aiutare a attivare o disattivare i geni e per influenzare la lettura o meno di un gene.”
Ora che sappiamo definitivamente dell’esistenza effettiva di questa forma di DNA nelle cellule in vivo, i ricercatori dovranno impegnarsi per capire esattamente quale sia la funzione di queste strutture all’interno delle cellule.
Come spiega Zeraati, le risposte potrebbero essere davvero importanti – non solo per l’i-motif, ma anche per l’A-DNA, lo Z-DNA, il triplex e il DNA cruciforme.
“Queste conformazioni alternative del DNA potrebbero essere importanti per le proteine cellulari per riconoscere la loro sequenza di DNA cognitivo ed esercitare le loro funzioni di regolazione. Pertanto, la formazione di queste strutture potrebbe essere di fondamentale importanza affinché la cellula funzioni normalmente e qualsiasi aberrazione in queste strutture potrebbe avere conseguenze patologiche“.
I risultati di questo studio sono stati riportati in Nature Chemistry.