Infatti, se mettessimo in fila tutte le catene di DNA contenute in tutte le cellule del corpo umano, ne avremmo abbastanza per andare avanti e indietro tra la Terra e il Sole… più di 300 volte!
È ovvio che, per accomodarsi nel nucleo della cellula, il DNA deve ripiegarsi su se stesso tantissime, tantissime volte. Ma ciò che è meno ovvio è come il meccanismo cellulare possa ancora avere accesso a tutti questi geni – il che è essenziale per produrre proteine e riparare il danno che il DNA subisce quotidianamente – se il genoma è a questo punto ripiegato su se stesso. Ed è proprio quello che è riuscito a capire un team della Laval University e dell'UCLA – Berkeley in uno studio pubblicato ad agosto.
“È un complesso di molecole essenziali per la vita, essenziali per lo sviluppo, ma che si riducono in alcune malattie neurodegenerative e che diventano oncogene [cause de cancer] quando verrà trasferito, spiega Jacques Côté, ricercatore dell'UL e uno dei principali autori dell'articolo. Uno dei vantaggi di conoscerne finalmente la struttura in alta definizione è che potrebbe fornirci nuovi bersagli terapeutici”.
A livello molecolare, il DNA ha bisogno di proteine denominate istoni ripiegare. Lo fa una prima volta per formare delle piccole “palline”, i nucleosomi, che si attaccano uno dopo l'altro e che si arrotolano su se stesse fino a formare una sorta di “rullo”. Poi questi si piegano e si arrotolano più volte a turno fino a diventare pacchetti molto compatti: i famosi cromosomi.
In totale, dice Côté, ci sono 17 diverse proteine che svolgono un ruolo in questo, un complesso chiamato TIP60.
“Al giorno d’oggi, di solito utilizziamo strumenti di intelligenza artificiale per prevedere come una proteina si piegherà su se stessa, ma in un insieme di 17 proteine, questo è semplicemente impossibile”.
— Jacques Côté, ricercatore presso l'Università Laval
Come una foto
Gli autori dello studio quindi non hanno “calcolato” il comportamento del complesso, ma lo hanno, per così dire, fotografato. I ricercatori dell'UL hanno infatti isolato e purificato il complesso TIP60 in una cellula umana e lo hanno inviato a Berkeley, i cui laboratori sono attrezzati per effettuare la “criomicroscopia elettronica”.
Si tratta di una tecnica che consiste nel congelare una molecola organica e nel bombardarla con elettroni, che permette di produrre un'immagine 3D con una risoluzione straordinariamente precisa – la tecnica ha vinto anche il Premio Nobel per la Chimica nel 2017.
I ricercatori hanno così potuto mappare il complesso proteico con una risoluzione di 0,5 nanometri (nm, 1 nm = 1 milionesimo di millimetro). Possiamo avere un'idea della precisione che ciò rappresenta sapendo che un filamento di DNA è largo circa 2 nm, i nucleosomi hanno un diametro di 11 nm e i cromosomi sono spessi circa 1400 nm.
Ciò ha quindi permesso di studiare in modo molto dettagliato la struttura del complesso TIP60. “E poi, in base a ciò, noi [au Centre de recherche du CHU de Québec] hanno testato una serie di modifiche per confermare la struttura e capire come questo complesso proteico sia in grado di fornire accesso a diversi geni”, spiega il signor Côté.
Questo lavoro è apparso sulla prestigiosa rivista Scienzail che dà un'idea della loro importanza.
Il modo in cui la cellula riesce ad accedere ai suoi geni attraverso gli istoni e tutte le pieghe del DNA è infatti un elemento fondamentale del suo funzionamento. I geni sono “ricette proteiche”: il loro ruolo è immagazzinare le informazioni necessarie per assemblare le decine di migliaia di proteine diverse che l’organismo produce.
Se, ad esempio, una mutazione in una delle 17 proteine TIP60 impedisce l’accesso a un gene soppressore del tumore, quella proteina sarà meno espressa e il rischio di cancro aumenterà. E ci sono molte altre malattie che possono essere causate o aggravate dall’espressione (troppo bassa o troppo alta) dei geni, che è in parte regolata dal TIP60. Risolverne la struttura e il funzionamento potrebbe quindi potenzialmente portare a numerose applicazioni mediche.
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Il 2024 è stato un anno ricco di scoperte per la comunità scientifica della capitale. Ciascuno nel proprio campo, i ricercatori della regione hanno scritto nuovi capitoli nella storia scientifica. Il Sole vi presenta, una al giorno, le scoperte più significative dell'anno.
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