I genetisti russi hanno trovato una proteina “spaziale” responsabile del corretto funzionamento delle cellule nervose

Le mosche muoiono senza questa proteina e le persone soffrono di autismo o schizofrenia a causa della mancanza del suo analogo. Una nuova proteina responsabile del corretto funzionamento dei geni che controllano il sistema nervoso è stata scoperta da scienziati russi dell'Istituto di Biologia Genetica dell'Accademia Russa delle Scienze insieme a colleghi dell'Università di Princeton (USA). Poiché gli anelli di DNA "deposti" da questa proteina sono rappresentati nel diagramma come un arco che ricorda la traiettoria di un razzo, gli autori l'hanno chiamata Vostok, in onore del primo veicolo spaziale con equipaggio umano. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Molecular Cell.

L'estrema complessità del funzionamento dei neuroni in tutti gli esseri viventi è uno degli argomenti scientifici più urgenti. La complessità richiede una regolazione estremamente precisa dei geni: alcuni di essi devono funzionare attivamente, mentre altri devono essere disattivati ​​in modo affidabile.

Nei nuclei di diverse cellule, il DNA è ripiegato in speciali strutture tridimensionali (diverse per ogni cellula), da cui dipende l'attività dei geni necessari al funzionamento. Nei neuroni, il corretto ripiegamento del filamento di DNA è particolarmente importante, poiché una precisa regolazione dei geni in essi contenuti garantisce sia lo sviluppo delle cellule stesse sia le loro connessioni con le cellule vicine.

Riferimento "MK". Il DNA (acido desossiribonucleico) è una macromolecola che assicura la conservazione, la trasmissione di generazione in generazione e l'attuazione del programma genetico di sviluppo e funzionamento degli organismi.

Lo studio è stato condotto su larve di moscerino della frutta, il più piccolo animale da laboratorio i cui meccanismi di regolazione sono tuttavia molto simili a quelli umani. Gli scienziati non comprendevano appieno come venga controllato il "ripiegamento" del DNA nelle cellule cerebrali del moscerino, che lo organizza in anse di una certa configurazione (le cellule nervose hanno più anse di qualsiasi altra cellula), consentendo alle proteine ​​regolatrici di avvicinarsi ai geni necessari. Più precisamente, si conosceva una sola proteina coinvolta negli anse regolatori: la GAF. Tuttavia, quando veniva "disattivata", cioè il suo funzionamento veniva bloccato, solo una parte degli anse andava "persa" nei nuclei delle cellule nervose. Di conseguenza, gli scienziati si sono posti un obiettivo: trovare una nuova proteina che "tessesse" quelle rimanenti.

Come riportato a MK dalla Fondazione Russa per la Scienza, gli specialisti hanno scoperto questa proteina nel cervello di Drosophila. Partecipa all'impacchettamento tridimensionale del DNA nei nuclei delle cellule nervose insieme al GAF. Poiché i suoi anelli, una volta trasferiti sul diagramma, assomigliavano molto alla traiettoria di un razzo, la proteina è stata chiamata Vostok, in onore del primo veicolo spaziale con equipaggio umano. Vostok si lega a determinate sezioni di DNA e forma su di esso degli anelli, necessari per lo sviluppo del sistema nervoso.

Per testare questa funzione, i genetisti hanno utilizzato il metodo di editing genetico CRISPR-Cas9. In altre parole, hanno creato larve mutanti con il gene Vostok "disattivato". Quando queste larve sono state analizzate per individuare gli anelli di DNA nei nuclei delle cellule nervose, si è scoperto che ne presentavano il 7% in meno rispetto alle larve normali del moscerino della frutta.

- A proposito, nel nostro studio abbiamo notato che i loop formati con la partecipazione della proteina Vostok differivano da quelli di cui era responsabile la proteina GAF precedentemente nota, - spiega il responsabile del gruppo di ricerca, il dottore in scienze biologiche Maxim Erokhin. - Ciò indica che questi due regolatori lavorano indipendentemente l'uno dall'altro ed entrambi sono importanti per il corretto ripiegamento del DNA.

I ricercatori hanno anche verificato come l'assenza di una particolare proteina nelle larve mutanti influisse sulle condizioni degli insetti. Secondo Erokhin, quando il GAF veniva "disattivato" nei soggetti sottoposti al test, questi morivano allo stadio larvale, mentre nel caso della "disattivazione" della proteina Vostok, vivevano un po' più a lungo, fino allo stadio di pupa, ma morivano comunque più tardi. In altre parole, l'assenza di ogni singola proteina nel DNA delle larve di Drosophila impediva loro di svilupparsi in adulti.

A proposito, si è scoperto che quando sia Vostok che GAF vengono "disattivati" nella Drosophila, in totale si perde solo circa il 15% dei loop del DNA, il che significa che ci sono altre proteine, ancora da scoprire, con proprietà simili che sono responsabili della complessa struttura della macromolecola.

– Gli esseri umani hanno le proteine ​​GAF e Vostok? – Chiedo a Maxim Erokhin.

– Non esistono analoghi diretti di queste proteine ​​negli esseri umani. Tuttavia, usiamo la Drosophila come modello perché il nostro organismo è controllato dalla stessa logica: le proteine ​​sono diverse a prima vista, ma svolgono la stessa funzione e lo stesso controllo, creando loop di DNA simili per attivare l'uno o l'altro gene.

– Sono note le proteine ​​umane responsabili di questo?

- Finora, solo una - la CTCF, la cui assenza può portare a demenza, autismo o schizofrenia. Questa proteina è attualmente oggetto di studi molto approfonditi, ma non possiamo ancora affermare di aver compreso appieno il meccanismo della sua azione.

Secondo l'autrice principale dello studio, la candidata in scienze biologiche e responsabile del gruppo di epigenetica dell'Istituto di Genetica dell'Accademia Russa delle Scienze Daria Chetveryna, il metodo di ricerca di Vostok sarà utile agli scienziati per scoprire nuove proteine ​​negli esseri umani. È anche possibile che con l'aiuto della proteina Vostok, una volta prodotta nelle cellule umane, gli specialisti siano in grado di creare in modo mirato i necessari loop di DNA. Ma questo è un problema per un futuro più lontano, associato a una nuova direzione in biologia: la genomica 3D, che studia le diverse funzioni del DNA.