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Gli scienziati hanno dimostrato che in una nascita ogni 4.000, parte del codice genetico dei nostri mitocondri - le "batterie" che alimentano le nostre cellule - si inserisce nel nostro DNA, rivelando una nuova sorprendente visione di come si evolvono gli esseri umani.
In uno studio pubblicato oggi su Natura , i ricercatori dell'Università di Cambridge e della Queen Mary University di Londra mostrano che il DNA mitocondriale appare anche in alcuni DNA del cancro, suggerendo che agisce come un cerotto per cercare di riparare i danni al nostro codice genetico.
I mitocondri sono piccoli "organelli" che si trovano all'interno delle nostre cellule, dove agiscono come batterie, fornendo energia sotto forma di molecola ATP per alimentare le cellule. Ogni mitocondrio ha il proprio DNA, il DNA mitocondriale, che è distinto dal resto del genoma umano, che è costituito dal DNA nucleare.
Il DNA mitocondriale viene tramandato per linea materna, cioè lo ereditiamo dalle nostre madri, non dai nostri padri. Tuttavia, uno studio pubblicato su PNAS nel 2018 i ricercatori del Cincinnati Children's Hospital Medical Center negli Stati Uniti hanno riportato prove che suggerivano che del DNA mitocondriale fosse stato tramandato per linea paterna.
Per indagare su queste affermazioni, il team di Cambridge ha esaminato il DNA di oltre 11.000 famiglie reclutate nel progetto 100.000 Genomes di Genomics England, alla ricerca di modelli che sembravano eredità paterna. Il team di Cambridge ha trovato "inserzioni" di DNA mitocondriale nel DNA nucleare di alcuni bambini che non erano presenti in quello dei loro genitori. Ciò significava che il team statunitense era probabilmente giunto a conclusioni sbagliate:quello che avevano osservato non erano DNA mitocondriale ereditato paternamente, ma piuttosto questi inserti.
Ora, estendendo questo lavoro a oltre 66.000 persone, il team ha dimostrato che i nuovi inserti in realtà si verificano continuamente, mostrando un nuovo modo in cui il nostro genoma si evolve.
Il professor Patrick Chinnery, dell'Unità di biologia mitocondriale del Medical Research Council e del Dipartimento di neuroscienze cliniche dell'Università di Cambridge, ha spiegato:"Miliardi di anni fa, una cellula animale primitiva assorbì un batterio che divenne quello che oggi chiamiamo mitocondri. Questi forniscono energia alla cellula per consentirle di funzionare normalmente, rimuovendo l'ossigeno, che è tossico ad alti livelli. Nel tempo, frammenti di questi mitocondri primitivi sono passati nel nucleo cellulare, consentendo ai loro genomi di dialogare tra loro.
"Si pensava che tutto ciò fosse accaduto molto tempo fa, per lo più prima ancora che ci fossimo formati come specie, ma quello che abbiamo scoperto è che non è vero. Possiamo vederlo accadere proprio ora, con frammenti della nostra genetica mitocondriale codice che si trasferisce nel genoma nucleare in modo misurabile."
Il team stima che il DNA mitocondriale si trasferisca al DNA nucleare in circa uno ogni 4.000 nascite. Se quell'individuo ha figli propri, trasmetterà questi inserti:il team ha scoperto che la maggior parte di noi porta cinque dei nuovi inserti e uno su sette (14%) ne porta quelli molto recenti. Una volta posizionati, gli inserti possono occasionalmente portare a malattie molto rare, inclusa una rara forma genetica di cancro.
Non è chiaro esattamente come si inserisca il DNA mitocondriale, se lo faccia direttamente o tramite un intermediario, come l'RNA, ma il professor Chinnery afferma che è probabile che si verifichi all'interno degli ovociti della madre.
Quando il team ha esaminato le sequenze prelevate da 12.500 campioni di tumore, ha scoperto che il DNA mitocondriale era ancora più comune nel DNA del tumore, insorgendo in circa un tumore su 1.000 e, in alcuni casi, gli inserti di DNA mitocondriale in realtà causa il cancro.
"Il nostro codice genetico nucleare si rompe e viene continuamente riparato", ha affermato il professor Chinnery. "Il DNA mitocondriale sembra agire quasi come un cerotto, un cerotto per aiutare il codice genetico nucleare a ripararsi. A volte funziona, ma in rare occasioni può peggiorare le cose o addirittura innescare lo sviluppo di tumori".
Più della metà (58%) delle inserzioni erano in regioni del genoma che codificano per le proteine. Nella maggior parte dei casi, il corpo riconosce il DNA mitocondriale invasore e lo silenzia in un processo noto come metilazione, per cui una molecola si attacca all'inserto e lo spegne. Un processo simile si verifica quando i virus riescono a inserirsi nel nostro DNA. Tuttavia, questo metodo di silenziamento non è perfetto, poiché alcuni degli inserti di DNA mitocondriale continuano a essere copiati e si muovono attorno al nucleo stesso.
Il team ha cercato prove che potrebbe accadere il contrario, ovvero che il DNA mitocondriale assorbe parti del nostro DNA nucleare, ma non ne ha trovate. È probabile che ci siano diversi motivi per cui dovrebbe essere così.
In primo luogo, le cellule hanno solo due copie di DNA nucleare, ma migliaia di copie di DNA mitocondriale, quindi le possibilità che il DNA mitocondriale venga rotto e passi nel nucleo sono molto maggiori rispetto al contrario.
In secondo luogo, il DNA nei mitocondri è confezionato all'interno di due membrane e non ci sono buchi nella membrana, quindi sarebbe difficile per il DNA nucleare entrare. Al contrario, se il DNA mitocondriale riesce a uscire, buchi nella membrana che circonda il DNA nucleare gli permetterebbe di passare con relativa facilità.
Il professor Sir Mark Caulfield, vice preside per la salute presso la Queen Mary University di Londra, ha dichiarato:"Sono così felice che il progetto 100.000 genomi abbia sbloccato l'interazione dinamica tra il DNA mitocondriale e il nostro genoma nel nucleo della cellula. Questo definisce un nuovo ruolo nella Riparazione del DNA, ma anche uno che potrebbe occasionalmente innescare malattie rare o addirittura tumori maligni". + Esplora ulteriormente
