Mentre il nostro genoma contiene un vasto repertorio di geni che sono responsabili praticamente di tutti i processi cellulari e di sviluppo richiesti dalla vita, è la complessa danza di regolazione della loro espressione che è vitale affinché i programmi genetici vengano eseguiti con successo. I geni devono essere attivati ​​e disattivati ​​al momento opportuno o, in alcuni casi, mai acceso o spento.

La metilazione, l'aggiunta di tag chimici al DNA, riduce tipicamente l'espressione dei geni metilati. In molti casi, La metilazione del DNA può essere pensata come un ostacolo su un gene. Più un gene è metilato, meno è probabile che sia attivo. Tali demarcazioni genetiche sono fondamentali per garantire che i geni coinvolti in particolari fasi dello sviluppo siano attivi al momento giusto, Per esempio. La metilazione è essenziale per una corretta funzione cellulare, e la sua disregolazione è associata a malattie, come il cancro negli esseri umani. Nonostante la sua importanza, poco si sa su come i modelli di metilazione critici vengono ereditati o mantenuti. Mary Gehring, membro del Whitehead Institute, e il suo laboratorio hanno identificato un meccanismo importante per mantenere la metilazione, che quando viene interrotto, provoca la demetilazione di ampie sezioni del genoma della pianta di Arabidopsis. Il loro lavoro è descritto questa settimana nel giornale Comunicazioni sulla natura .

Utilizzando un gene insolito nella pianta Arabidopsis, Gehring sta prendendo in giro i meccanismi alla base della metilazione. Rompendo il "circuito" di questo gene unico, Gehring e Ben Williams, una ricercatrice post-dottorato nel suo laboratorio, hanno acquisito importanti informazioni su come viene mantenuta la metilazione, inclusa una sorprendente scoperta che la metilazione precedentemente cancellata può essere ripristinata in determinate circostanze.

Per comprendere meglio l'ereditarietà della metilazione, Gehring e Williams hanno osservato da vicino un'anomalia, il gene ROS1 nelle piante di Arabidopsis, che codifica per una proteina che rimuove la metilazione dal proprio gene e da altri. In precedenza, Gehring e Williams avevano determinato che la metilazione di ROS1 funziona effettivamente in modo completamente opposto rispetto al paradigma esistente, a differenza della maggior parte dei geni, quando una breve sezione di questo gene viene metilata, il gene è effettivamente attivato anziché inattivato. Al contrario, se è metilato, il gene è attivato. Di conseguenza, ROS1 può agire come reostato per il genoma di Arabidopsis:all'aumentare della metilazione, ROS1 si accende e inizia a rimuovere i gruppi metilici, e man mano che la metilazione diminuisce, ROS1 si spegne e riduce la sua attività demetilante.

Nella ricerca attuale, Williams ha alterato la metilazione di ROS1 in modo che la sua attività fosse disaccoppiata dai livelli di metilazione nel genoma, per vedere quali effetti un tale cambiamento avrebbe sulla metilazione dell'intero genoma. Quando ha analizzato la metilazione delle piante, era impazzito. La metilazione è stata persa in tutto il genoma e progressivamente diminuita nelle generazioni successive, tranne in una parte particolare del genoma chiamata eterocromatina, aree genomiche che sono fortemente represse. interessante, Williams ha scoperto che, nonostante l'alterazione del circuito regolatorio ROS1, queste sezioni eterocromatiche del genoma riacquistano effettivamente la loro metilazione e si avvicinano alla metilazione completa entro la quarta generazione, lo stesso momento in cui il resto del genoma ha perso gran parte della sua metilazione.

I ricercatori hanno determinato che il circuito ROS1 che hanno scoperto è importante per l'omeostasi della metilazione perché provoca una perdita ereditaria di metilazione quando viene interrotto. Eppure la metilazione ritorna in alcuni punti, anche se non subito, suggerendo che Arabidopsis arruola più meccanismi per mantenere l'omeostasi della metilazione. Gehring e Williams sono incuriositi da quel ritardo nella rimetilazione e stanno lavorando per identificarne la causa e altri meccanismi che potrebbero essere all'opera per regolare questo processo critico.