Dall’uomo al moscerino della frutta, un unico enzima per i trasposoni

Una nuova ricerca ha dimostrato che alcuni geni che fanno parte integrante del macchinario molecolare conservano la loro antica funzione, nonostante il processo di “domesticazione molecolare” subito durante l’evoluzione. È il caso del THAP9, un gene umano che, nel genoma del moscerino della frutta, in cui ha un omologo, riesce ancora a codificare per un enzima che catalizza il processo di trasposizione.

Le cellule dell’organismo umano possiedono una cinquantina di geni derivati da trasposoni, tratti di DNA che possono “saltare” da una parte all’altra del genoma. Nonostante questa “domesticazione” avvenuta nel corso dell’evoluzione, che li ha portati a far parte integrante dei programmi di espressione genica cellulare, alcuni di essi possono ancora codificare per enzimi in grado di svolgere la loro antica funzione, quella di catalizzare il processo di trasposizione.

È quanto risulta da un nuovo studio condotto da Sharmistha Majumdar e colleghi di diversi dipartimenti e istituti dell’Università della California a Berkeley che sulle pagine della rivista “Science” descrivono come sono riusciti a utilizzare un gene umano per mobilizzare specifiche sequenze genetiche nel genoma del moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) e in quello di cellule in coltura di derivazione umana.

Come si legge nell’articolo, sia nel genoma delle cellule procariotiche sia in quello delle cellule eucariotiche sono presenti trasposoni, segmenti mobili di DNA. Nelle cellule eucariotiche addirittura essi rappresentano fino al 50 per cento del genoma, e hanno la funzione di facilitare la sua evoluzione.

Gli elementi mobili infatti possono subire una “domesticazione molecolare”, in cui i geni trasposonici sono incorporati nei programmi di espressione genica ma non sono più mobili. Grazie a questo processo, è possibile che entrino a far parte di funzioni più complesse, di enorme significato evolutivo, come la ricombinazione del DNA che, insieme con le mutazioni, è la principale fonte della variabilità genetica degli organismi.[one_fourth last=”no”]


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Lo studio dei ricercatori di Berkeley si è focalizzato sul THAP9, un gene che ha un omologo (identico per il 25 per cento e simile per il 40 per cento) nel moscerino della frutta. Questo omologo è il gene per la trasposasi dell’elemento P della drosofila (Drosophila P-element transposase o DmTNP), un enzima che consente la trasposizione degli elementi P, presenti unicamente nel genoma del moscerino, e sfruttati nelle ricerche genetiche per indurre mutazioni in modo controllato.

Tenuto conto di queste somiglianze, i ricercatori hanno verificato con successo che la proteina umana THPA9 è in grado di mobilizzare gli elementi P sia nelle cellule di drosofila e sia nelle cellule HEK293, in cui tali elementi erano stati preventivamente trasferiti in modo artificiale. Le HEK293 sono specifiche linee cellulari derivate da cellule embrionali di rene umano e coltivate in vitro, e vengono diffusamente utilizzate nelle ricerche di biologia e nell’industria biotecnologica per la produzione di virus per la terapia genica.

Lo stesso obiettivo di mobilizzazione degli elementi P è stato raggiunto in una fase successiva della ricerca con proteine chimeriche, ottenute fondendo regioni della trasposasi dell’elemento P della drosofila con parti di THPA9 umana.

I risultati dimostrano che la THAP9 umana è una trasposasi del DNA che ancora conserva la sua antica funzione catalitica di mobilizzazione degli elementi P nelle diverse specie, nonostante la domesticazione molecolare.