Uno studio recente ha rivelato che le strutture a forma di nodo, note come i-motif, sono ampiamente distribuite nel genoma umano. Queste strutture precedentemente poco conosciute svolgono un ruolo cruciale nella regolazione genetica, soprattutto nei geni attivi durante fasi specifiche del ciclo cellulare.
La struttura a doppia elica del DNA è ampiamente conosciuta, ma negli anni ’90 i genetisti iniziarono a sospettare che questa forma potesse essere interrotta da strutture secondarie chiamate i-motif, la cui esistenza al di fuori del laboratorio è stata confermata solo nel 2018.
Ora, i ricercatori del Garvan Institute in Australia hanno compiuto un progresso significativo nella comprensione del genoma umano identificando la presenza di oltre 50.000 i-motif in tre diverse linee cellulari umane. I motivi I sono strutture di DNA a forma di nodo che, a differenza della classica doppia elica, sono costituite da coppie di basi di citosina intervallate e ripiegate in una struttura tetramerica.
Queste strutture sono state scoperte per la prima volta in laboratorio in provetta, il che ha sollevato dubbi sulla loro esistenza nelle cellule viventi.
Gli i-motif sono stati inizialmente scoperti in laboratorio, in condizioni di test leggermente diverse (più acide) da quelle osservate all'interno delle cellule. Ciò inizialmente ha sollevato dubbi sull'esistenza degli i-motif nelle celle. Tuttavia, dopo aver generato un anticorpo specifico per la struttura i-motif, noi e altri siamo stati in grado di dimostrare che esistono effettivamente nelle cellule umane.
Daniel Christ, professore al Garvan Institute of Medical Research, in un'intervista con IFLScience
La scoperta è stata pubblicata in Rivista EMBO.
Identificazione delle strutture iM nel DNA genomico umano, inclusa la rappresentazione schematica dell'accoppiamento delle basi della citosina nella struttura iM e la strategia di immunoprecipitazione e sequenziamento per identificare gli iM nel DNA umano. (Immagine: Martinez et al. / The EMBO Journal)
La relazione tra i-motivi e altre strutture del DNA
Lo studio ha anche portato alla luce la relazione tra i-motif e le strutture G-quadruplex (G4), un’altra forma di DNA non canonico che è già stata ben studiata. È stato osservato che queste due strutture tendono a coesistere in regioni vicine del genoma, influenzandone reciprocamente la formazione e, di conseguenza, l'espressione genetica.
Queste scoperte sono importanti non solo per la comprensione di base della biologia molecolare, ma aprono anche nuove possibilità per lo sviluppo di terapie geniche.
Identificando e comprendendo meglio i ruoli degli i-motif, gli scienziati possono esplorare nuove strategie per manipolare l’espressione genetica in modo più preciso, il che è particolarmente rilevante in contesti patologici come il cancro, dove la regolazione del ciclo cellulare è spesso incontrollata.
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Funzioni e implicazioni degli i-motif
La ricerca ha rivelato che gli i-motif sono ampiamente presenti nelle regioni del genoma associate alla regolazione genetica, come i promotori dei geni e le regioni introniche. « In questo studio, abbiamo mappato più di 50.000 siti i-motif nel genoma umano che si verificano in tutti e tre i tipi di cellule che abbiamo esaminato », ha detto Christ a IFLScience.
Ha continuato: “Si tratta di un numero notevolmente alto per una struttura del DNA la cui esistenza nelle cellule un tempo era considerata controversa. I nostri risultati confermano che gli i-motif non sono solo curiosità di laboratorio, ma piuttosto strutture diffuse – e che probabilmente svolgono un ruolo fondamentale nella funzione genomica”.
Queste scoperte sono importanti non solo per la comprensione di base della biologia molecolare, ma aprono anche nuove possibilità per lo sviluppo di terapie geniche. Cristian David Peña Martinez, il primo autore dello studio, ha sottolineato che “abbiamo scoperto che gli i-motif sono associati a geni che sono altamente attivi in momenti specifici del ciclo cellulare. Ciò suggerisce che svolgono un ruolo dinamico nella regolazione dell’attività genetica”.
I ricercatori hanno anche identificato che gli i-motif si formano nella regione promotrice degli oncogeni, come l'oncogene MYC, noto per essere uno degli obiettivi più difficili da trattare nel cancro. “Potrebbe essere possibile progettare farmaci mirati agli i-motif per influenzare l’espressione genetica, il che potrebbe espandere le attuali opzioni di trattamento”, ha commentato a IFLScience la coautrice Dr. Sarah Kummerfeld.
Implicazioni future
- Questo studio pionieristico rappresenta una pietra miliare nella biologia molecolare, fornendo una solida base per la ricerca futura sul ruolo degli i-motif nella regolazione genetica.
- I prossimi passi includono lo studio di come queste strutture influenzano processi come la replicazione del DNA e la riparazione dei danni al genoma, aree che potrebbero avere implicazioni dirette per la medicina personalizzata e il trattamento delle malattie genetiche.
- I progressi nella conoscenza degli i-motif sollevano anche nuove domande sull’architettura del genoma e su come diverse strutture del DNA possano collaborare per mantenere il sano funzionamento delle cellule umane.
- Man mano che verranno condotti ulteriori studi, la comprensione del genoma umano continuerà ad evolversi, rivoluzionando potenzialmente la biomedicina e il trattamento delle malattie.
La mappatura degli i-motif può aiutare a scoprire trattamenti per malattie come il cancro. (Immagine: Cryptographer / Shutterstock.com)