I test Purdue fanno luce sulle fasi chiave dello sviluppo dei mammiferi

Isaiah Mensah della Purdue University (a sinistra), dottorando in biochimica, e Humaira Gowher, professore associato di biochimica, e i loro collaboratori hanno pubblicato nuove intuizioni sullo sviluppo embrionale dei mammiferi. (Foto di Purdue Agricultural Communications/Tom Campbell)

WEST LAFAYETTE, Indiana – Un gruppo di ricerca della Purdue University ha rivelato nuovi e complessi dettagli sulla funzione di una proteina chiave condivisa dai mammiferi, compresi gli esseri umani. Molti tumori risultano quando questa proteina DNA metiltransferasi va storta.

I risultati, provenienti da uno studio condotto da un ricercatore post-dottorato e da uno studente laureato, includono anche i contributi di cinque studenti universitari e sono apparsi sulla rivista Cell Reports. I risultati mostrano, per la prima volta, il meccanismo mediante il quale un tipo specifico di RNA regola l’espressione di un gene critico della DNA metiltransferasi, Dnmt3b.

"La regolazione della metilazione del DNA è al centro di molte malattie", ha affermato Humaira Gowher, professore associato di biochimica. Ma in condizioni normali, la metilazione del DNA, catalizzata da Dnmt3b, svolge un ruolo importante nel modo in cui le cellule giovani e non formate dei mammiferi si dividono e si sviluppano in cellule più specializzate. La metilazione del DNA regola anche il processo epigenetico che aggira la codifica genetica nella trasmissione di tratti selezionati alla prole dei mammiferi.

"Mostriamo in questo articolo come la DNA metiltransferasi, Dnmt3b, viene espressa in modo preciso e restrittivo durante lo sviluppo iniziale e poi si spegne", ha detto Gowher.

Un malfunzionamento in Dnmt3b ha un potenziale impatto sul comportamento delle cellule tumorali. Questo perché alcune condizioni causano una metilazione anormale del DNA. E i cambiamenti nella metilazione del DNA sono diventati biomarcatori fondamentali per il rilevamento del cancro, ha osservato.

In una lunga, attenta e variegata serie di esperimenti, il team di Gowher ha monitorato la posizione e i tempi dell'espressione di Dnmt3b per determinare il meccanismo che lo controlla utilizzando cellule staminali embrionali di topo come modello di sviluppo. Le cellule staminali, presenti solo negli embrioni allo stadio iniziale, possono svilupparsi in qualsiasi altro tipo di cellula presente nel corpo.

Gli esperimenti hanno rivelato un'interazione di diverse molecole regolatrici. Il team ha scoperto che, dopo aver creato un ambiente aperto nel promotore del gene, dove inizia tutta l'azione, l'RNA non codificante trasporta anche la proteina di splicing hnRNPL alla locomotiva che trascrive il gene, l'RNA Pol II. Quest'ultimo dà un passaggio alla proteina di splicing che fa l'autostop fino al suo posto di lavoro molecolare, che è più lontano dal promotore nel corpo del gene.

"Gli RNA non codificanti hanno la capacità di legare i fattori di splicing. Possono portare questo fattore di splicing alla RNA polimerasi nel promotore e la polimerasi gli darà un passaggio", ha detto Gowher.

I risultati hanno contribuito a dimostrare che due processi genetici – trascrizione e splicing alternativo – fungono da doppi controlli nella messa a punto delle diverse forme di Dnmt3b, ha affermato Mohd Saleem Dar, autore principale dell’articolo di Cell Reports. Nella trascrizione, l'RNA copia una sequenza di DNA per aiutare la produzione di proteine ​​cellulari. E attraverso lo splicing alternativo, un gene può combinare centinaia di sequenze di DNA per produrre proteine ​​in modi diversi.

"Quando ho differenziato queste cellule staminali embrionali di topo ingenuo e ho controllato l'espressione del Dnmt3b, ho visto che è indotto", ha detto Dar, ora scienziato presso il National Institutes of Health. Nel suo stato indotto, Dnmt3b innesca lo sviluppo cellulare. "E con questa induzione, abbiamo visto lo splicing", ha detto.

Dar ha anche esplorato la relazione tra lo splicing alternativo e lo stato di espressione di Dnmt3b.

"È necessario mostrare il quadro completo dello splicing alternativo Dnmt3b durante i suoi stati di espressione bassa e alta", ha detto Gowher. Quando Dar ha osservato lo splicing alternativo dello stato a bassa espressione, ha notato che la scelta dello splicing alternativo ha prodotto la proteina Dnmt3b, che non ha attività enzimatica. Tuttavia, ad uno stato di espressione elevato, lo splicing alternativo è cambiato, determinando l'espressione della proteina enzimaticamente attiva.