Altro che ”DNA Spazzatura” Gli Scienziati del Caltech Scoprono su di Esso un Ruolo Sorprendente
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Altro che ”DNA Spazzatura”
Gli scienziati del Caltech potrebbero aver suonato la campana a morto per il mito del “DNA spazzatura”. Se solo Dan Graur lo avesse saputo anni fa, avrebbe risparmiato un sacco di retorica sprecata. I lettori ricordano che ENCODE ha scoperto che l’80% del genoma è trascritto, anche se solo una piccola parte codifica per le proteine. Le funzioni delle regioni non codificanti erano solo accennate. Ora si aprono le finestre su un’organizzazione così ampia per tutti quei trascritti di RNA non codificanti, che è davvero sconcertante ciò che accade nel nucleo di una cellula.
Utilizzando un nuovo strumento di indagine chiamato RD-SPRITE, i ricercatori del Caltech, in collaborazione con altri ricercatori dell’USC e dell’UCLA, hanno mappato l’organizzazione spaziale di tutto il DNA e l’RNA nel nucleo. È stato difficile, ammettono, esplorare i ruoli spaziali dei trascritti di RNA che non producono proteine, perché il nucleo è un luogo dinamico affollato di DNA, proteine e numerosi RNA dalla funzione sconosciuta. Nel loro articolo pubblicato su Cell1 spiegano cosa hanno trovato nelle mappe risultanti:
Queste mappe rivelano strutture di RNA-cromatina di ordine superiore associate a tre grandi classi di funzioni nucleari: elaborazione dell’RNA, assemblaggio dell’eterocromatina e regolazione genica. Questi dati dimostrano che centinaia di ncRNA formano territori ad alta concentrazione in tutto il nucleo, che RNA specifici sono necessari per reclutare vari regolatori in questi territori e che questi RNA possono modellare i contatti a lungo raggio con il DNA, l’assemblaggio dell’eterocromatina e l’espressione genica. Questi risultati dimostrano un meccanismo in cui gli RNA formano territori ad alta concentrazione, si legano a regolatori diffusibili e li guidano in compartimenti per regolare funzioni nucleari essenziali. [enfasi aggiunta].
Inizia a delinearsi un nuovo quadro dell’organizzazione gerarchica del nucleo. Non sembra più che si tratti di spaghetti in un pallone da basket. Al contrario, ci sono territori e compartimenti in tutto l’interno. Il lavoro del Caltech si aggiunge alle conoscenze precedenti sui compartimenti nucleari:
Nucleolo: contiene gli RNA ribosomiali trascritti e le molecole di elaborazione associate.
Speckles: contengono pre-mRNA e componenti di splicing
Condensati trascrizionali: contengono macchine e fattori della RNA polimerasi II.
Ora nel nucleo è stata individuata un’ulteriore organizzazione gerarchica. Nei territori appena identificati si trovano gli ncRNA (RNA non codificanti, non destinati alle proteine) – migliaia – che svolgono lavori importanti: guidano i regolatori nei territori giusti dove devono svolgersi le “funzioni nucleari essenziali”.
Pianta del pavimento
L’importanza funzionale non richiede che questi ncRNA escano dal nucleo per essere tradotti in proteine. L’architettura è una funzione, non è vero? I progettisti di edifici considerano attentamente la planimetria di un grande ufficio, in modo che gli individui possano disporre di cubicoli per una concentrazione efficace, nonché di piccole sale conferenze, grandi sale conferenze e laboratori per il lavoro di squadra. Si sta delineando l’immagine di un genoma perfettamente funzionante. È come un’azienda high-tech organizzata per un flusso di lavoro ottimale.
Si tratta della prima mappa globale dell’organizzazione nucleare che comprende DNA, RNA e proteine. Gli scienziati del Caltech hanno studiato come queste molecole facilmente diffondibili si organizzano spazialmente. In precedenza, il loro metodo SPRITE, presentato per la prima volta nel 2018, ha permesso di esaminare i contatti a coppie su piccola scala. Ora, la capacità di mappatura grandangolare di RD-SPRITE, recentemente migliorata, mette a fuoco l’organizzazione complessiva.
Recentemente abbiamo sviluppato SPRITE, che utilizza la codifica a barre split-and-pool per generare mappe 3D complete e multidirezionali del nucleo su un’ampia gamma di distanze (Quinodoz et al., 2018). Abbiamo dimostrato che SPRITE mappa accuratamente l’organizzazione spaziale del DNA disposto intorno a due corpi nucleari: i nucleoli e gli speckles nucleari. Tuttavia, la nostra versione originale non era in grado di rilevare la maggior parte degli RNA, compresi gli ncRNA a bassa abbondanza noti per organizzarsi all’interno di diverse strutture nucleari ben definite. Qui presentiamo un metodo notevolmente migliorato, RNA & DNA SPRITE (RD-SPRITE), che consente la mappatura simultanea ad alta risoluzione di migliaia di RNA, compresi quelli a bassa abbondanza come i singoli pre-mRNA nascenti e gli ncRNA, rispetto a tutte le altre molecole di RNA e DNA nello spazio 3D. Grazie a questo approccio, abbiamo identificato diversi hub RNA-cromatina di ordine superiore e centinaia di ncRNA che formano territori ad alta concentrazione in tutto il nucleo.
Cosa succede in questi territori? Il lavoro si concentra su alcuni esempi specifici, mostrando che alcuni di essi combinano gli elementi regolatori che facilitano e potenziano l’espressione dei geni e dei loro trascritti di mRNA. “Insieme, i nostri risultati evidenziano un ruolo dell’RNA [compreso l’RNA non codificante] nella formazione di compartimenti coinvolti in funzioni nucleari essenziali, tra cui l’elaborazione dell’RNA, l’assemblaggio dell’eterocromatina e la regolazione genica”.
Importanza degli RNA non codificanti
Ciò che in precedenza era stato definito in modo poco lusinghiero come “spazzatura” si è rivelato fondamentale per un’efficiente elaborazione dei geni. Gli RNA non codificanti sono trascrizioni di DNA non codificante (“DNA spazzatura”). Ecco esempi specifici di questi ncRNA al lavoro.
Gli ncRNA formano degli “hub di elaborazione” intorno alle regioni del DNA genomico che vengono trascritte.
Gli ncRNA e decine di snoRNA (piccoli RNA nucleari) si raggruppano intorno ai geni che vengono trascritti per gli RNA ribosomiali. Questi ncRNA “formano contatti a più vie tra loro”, hanno scoperto.
Gli ncRNA si raggruppano nei siti di splicing dove c’è un’alta densità di RNA polimerasi II (Pol II, il macchinario di trascrizione).
Gli ncRNA sono strettamente associati alla formazione di piccoli RNA nucleari (snRNA). Questi trascritti snRNA sono coinvolti in “componenti funzionali dello spliceosoma in migliaia di target di pre-mRNA nascenti”.
Gli ncRNA si concentrano intorno ai trascritti dove si stanno formando i centromeri. “Abbiamo scoperto che questi ncRNA si localizzano principalmente sulle regioni centromeriche prossimali… e si organizzano in strutture di ordine superiore contenenti questi ncRNA e più regioni centromeriche prossimali di cromosomi diversi”.
Associandosi insieme a questi hub di elaborazione, gli ncRNA e i loro ligandi riuniscono i componenti per interagire anche su lunghe distanze genomiche. “Nonostante siano separate da grandi distanze genomiche, queste regioni del DNA formano contatti a lungo raggio”, si legge nel documento.
L’insieme di questi risultati indica che l’organizzazione spaziale di ordine superiore dei regolatori diffusibili intorno a siti condivisi del DNA e ai loro corrispondenti bersagli di RNA nascente è una caratteristica comune a molte forme di elaborazione dell’RNA.
In ognuno di questi esempi, abbiamo osservato compartimenti spaziali costituiti da: (1) RNA nascenti situati vicino ai loro loci di DNA, (2) questi loci di DNA che formano contatti 3D a lungo raggio e (3) ncRNA diffusibili che si associano a questi RNA nascenti e ai loci di DNA all’interno del compartimento.
In breve, “centinaia di RNA non codificanti si localizzano in prossimità spaziale dei loro loci trascrizionali”. Questo vale anche per gli RNA non codificanti lunghi (lncRNA). “Questi risultati dimostrano che molte centinaia di lncRNA formano territori spaziali altamente concentrati in tutto il nucleo”.
Reclutamento di agenti
Gli ncRNA non si limitano a formare compartimenti. Reclutano proteine per unirsi all’esercito! “Poiché centinaia di ncRNA sono arricchiti in territori in tutto il nucleo, abbiamo esaminato se gli RNA potessero avere un impatto sulla localizzazione delle proteine all’interno di questi territori”, hanno detto con un’intuizione. Ebbene, ulteriori esperimenti hanno dimostrato che è proprio così.
Questi risultati dimostrano che il modello di localizzazione di un lncRNA nello spazio 3D può agire per guidare il reclutamento di proteine regolatrici in specifici territori nucleari e sottolinea un ruolo essenziale per questi territori nucleari arricchiti di lncRNA nella regolazione genica.
Il ruolo di questi trascritti, che in precedenza si pensava fossero inutili, è salito al rango di attori essenziali. Che incredibile scoperta! La conclusione di questo articolo del Caltech, che non cita mai l’evoluzione, sembra inchiodare il caso del DNA spazzatura, aggiungendo al contempo nuovi livelli di stupore al funzionamento all’interno del nucleo.
I nostri risultati dimostrano che gli ncRNA possono agire come semi per guidare la localizzazione spaziale di ncRNA e molecole proteiche altrimenti diffusive. Abbiamo dimostrato che le perturbazioni sperimentali di diversi ncRNA interrompono la localizzazione di proteine diffusibili in decine di strutture compartimentali. In tutti i casi, abbiamo osservato un tema comune: (1) RNA specifici si localizzano ad alte concentrazioni vicino ai loro loci trascrizionali e (2) gli ncRNA diffusibili e le molecole proteiche che vi si legano si arricchiscono all’interno di queste strutture. L’insieme di queste osservazioni suggerisce un meccanismo comune con cui gli RNA possono mediare la compartimentazione nucleare ad alte concentrazioni: gli RNA nucleari possono formare territori spaziali in prossimità dei loro loci trascrizionali (”seed”), legarsi agli ncRNA e alle proteine regolatrici diffusibili attraverso interazioni ad alta affinità (”bind”) e quindi agire per modificare dinamicamente la distribuzione delle molecole diffusibili in modo che si arricchiscano all’interno di questi territori. Reclutando fattori regolatori diffusibili in più siti del DNA, questi ncRNA possono anche agire per guidare la coalescenza di regioni distinte del DNA in un territorio condiviso nel nucleo. Questo potrebbe spiegare perché vari RNA sono fondamentali per organizzare le interazioni a lungo raggio del DNA intorno a specifici corpi nucleari.
Questo è un documento da ricordare. Mostra, col senno di poi, la fecondità della prospettiva ID rispetto a quella evolutiva. Il pensiero evoluzionistico ha liquidato questi RNA non codificanti come spazzatura.
Il pensiero ID avrebbe affrontato l’ignoto con la premessa:
“Se qualcosa funziona, non accade per caso”.
Fonte: evolutionnews.org
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