Alcuni frammenti del nostro DNA non restano necessariamente nello stesso punto del genoma. Esistono infatti sequenze genetiche capaci di copiarne altre e favorirne l’inserimento in nuove posizioni, dando vita nel corso dell’evoluzione a una sorta di movimento interno del materiale genetico.
Un nuovo studio pubblicato su Science mostra però che questo processo potrebbe essersi spinto ancora oltre. I ricercatori hanno identificato due sequenze derivate dal gene umano BC200 all’interno del virus del mollusco contagioso, un poxvirus che infetta la pelle e provoca piccole lesioni rilevate.
La scoperta non indica che il virus abbia semplicemente “rubato” un gene da una cellula cerebrale. Le sequenze trovate non costituiscono infatti una copia completa e intatta del gene, ma frammenti che sembrano derivare da esso e che, secondo l’analisi genetica, sarebbero entrati nel genoma virale attraverso due eventi distinti di trasferimento.
Che cos’è BC200 e perché ha attirato l’attenzione
BC200 è un gene particolare perché, a differenza di molti altri geni, non viene utilizzato per produrre una proteina. La sua attività porta invece alla formazione di una piccola molecola di RNA, particolarmente abbondante nei neuroni. Gli esperimenti di laboratorio suggeriscono che questo RNA possa contribuire a regolare la produzione delle proteine nelle cellule, anche se il suo ruolo fisiologico preciso non è ancora completamente chiarito.
Definirlo un “gene del cervello” può quindi essere utile per descriverne l’attività prevalente, ma non significa che il suo DNA esista soltanto nelle cellule cerebrali. La maggior parte delle cellule dotate di nucleo contiene infatti sostanzialmente lo stesso patrimonio genetico. A cambiare da un tessuto all’altro è soprattutto quali geni vengono utilizzati e in quale quantità.
BC200 è particolarmente attivo nei neuroni, ma questo non impedisce che possa essere espresso a livelli inferiori anche in altri tessuti, compresa la pelle.
Un gene nato da un elemento di DNA “mobile”
La storia di BC200 affonda le radici in un cosiddetto elemento trasponibile, cioè una sequenza di DNA capace, direttamente o indirettamente, di generare copie che possono inserirsi in nuove posizioni del genoma.
Questi elementi vengono spesso chiamati “jumping genes”, o geni saltatori, anche se il termine non descrive veri e propri geni che si spostano fisicamente. In molti casi il processo avviene creando una nuova copia della sequenza, mentre quella originale rimane al proprio posto.
Secondo la ricostruzione proposta dai ricercatori, un predecessore di BC200 sarebbe comparso in un antenato comune di scimmie e grandi primati circa 35-55 milioni di anni fa.
Circa 40 milioni di anni fa, quella sequenza sarebbe poi stata “reclutata” per svolgere una funzione cellulare, probabilmente legata alla regolazione della produzione proteica nei neuroni.
Normalmente, quando un elemento genetico di questo tipo acquisisce una funzione stabile, la sua capacità di generare nuove copie tende a ridursi o scomparire. Nel caso di BC200, invece, le due caratteristiche sembrano essere rimaste entrambe attive.
Due frammenti di BC200 nel virus del mollusco contagioso
Il gruppo di ricerca, che comprende scienziati della Capital Normal University in Cina e della University of Texas at Arlington, ha analizzato i genomi disponibili di diversi poxvirus alla ricerca di sequenze simili a elementi genetici mobili.
Nel virus del mollusco contagioso sono emerse due sequenze derivate da BC200. Una comprendeva l’intero dominio di origine Alu presente nel gene umano, cioè una regione ereditata dall’elemento mobile da cui BC200 deriva. L’altra sequenza era invece più corta e risultava incompleta alle due estremità.
Questo dato è importante perché mostra che nel virus non è presente una copia completa del gene BC200 umano, ma frammenti che portano la sua firma genetica. Diversi indizi suggeriscono inoltre che queste sequenze abbiano avuto origine nell’uomo o in primati strettamente imparentati.
Potrebbe interessarti anche:
- Cambio dell’ora: il corpo ne soffre più di quanto pensi
- Salute mentale: chi la vive non viene ancora ascoltato davvero
- Parli meno al tuo bambino senza accorgertene: la ricerca che fa riflettere
BC200 è presente negli esseri umani e nei primati correlati, mentre il virus del mollusco contagioso, per quanto noto, infetta naturalmente soltanto l’uomo. I ricercatori non hanno inoltre trovato elementi equivalenti negli altri poxvirus esaminati, compreso un virus strettamente imparentato che infetta i cavalli.
Probabilmente il passaggio è avvenuto due volte
L’analisi genetica suggerisce che le due sequenze virali non derivino da un unico inserimento successivamente duplicato. I dati sono invece più compatibili con due eventi indipendenti di trasferimento. Il possibile responsabile del meccanismo è un altro elemento genetico mobile chiamato LINE-1.
BC200 non possiede infatti da solo la macchina molecolare necessaria per copiare il proprio RNA in DNA e inserirlo in un nuovo genoma. Può però sfruttare gli strumenti forniti da LINE-1. In termini semplici, BC200 potrebbe quindi essersi servito della “macchina” di un altro elemento genetico per produrre nuove copie di se stesso.
Le firme genetiche presenti intorno alle sequenze individuate nel virus sono compatibili con questo meccanismo. Va però sottolineato che i ricercatori non hanno osservato direttamente il trasferimento: hanno ricostruito l’evento a partire dalle tracce presenti nel DNA attuale.
L’infezione potrebbe favorire le condizioni per il trasferimento
Uno degli aspetti più interessanti è che BC200, pur essendo molto abbondante nei neuroni, viene espresso in piccole quantità anche nella pelle. In esperimenti condotti su fibroblasti umani coltivati in laboratorio, gli scienziati hanno osservato inoltre un aumento dell’espressione di BC200 quando le cellule venivano infettate dal virus del mollusco contagioso.
Questo potrebbe indicare che l’infezione contribuisca a creare condizioni favorevoli affinché avvenga un trasferimento di questo tipo. Non è però possibile stabilire da questi esperimenti dove e quando siano realmente avvenuti gli eventi storici che hanno portato le sequenze all’interno del genoma virale.
BC200 continua a muoversi anche tra gli esseri umani
La parte forse più interessante dello studio riguarda il fatto che BC200 non sembra aver perso completamente la capacità di generare nuove copie nemmeno nella nostra specie. I ricercatori hanno analizzato dati di sequenziamento provenienti da 908 persone e hanno identificato otto inserzioni derivate da BC200 che non erano presenti nello stesso modo in tutti gli individui.
Due di queste inserzioni erano diffuse in cinque grandi gruppi di popolazioni continentali, un dato compatibile con un’origine relativamente antica. Un’altra era presente soprattutto in individui di origine africana. Le altre cinque erano invece molto più rare: una è stata individuata soltanto in due persone, mentre quattro sono state trovate ciascuna in un singolo individuo.
Secondo gli autori, la rarità di queste sequenze potrebbe indicare eventi evolutivamente molto recenti. La presenza di un’inserzione in una sola persona, tuttavia, non dimostra che quella mutazione sia comparsa durante la sua vita. Potrebbe essere stata ereditata da generazioni precedenti e semplicemente essere molto rara nella popolazione.
Centinaia di inserzioni durante l’evoluzione dei primati
Analizzando diverse specie di primati antropoidi, gli scienziati hanno individuato centinaia di inserzioni specifiche di singole linee evolutive. Questo indica che le sequenze derivate da BC200 avrebbero continuato a generare copie e a inserirsi in nuove posizioni del genoma per milioni di anni. La presenza di frammenti anche all’interno di un virus rappresenta quindi l’esempio più insolito di un processo molto più ampio.
BC200 sembra essersi trovato in una condizione evolutiva particolare: ha acquisito una funzione stabile nelle cellule, ma senza perdere completamente la capacità che derivava dal suo antenato genetico mobile.
Non sappiamo ancora cosa facciano queste sequenze nel virus
Una domanda resta completamente aperta: il virus trae qualche vantaggio dalla presenza di questi frammenti? Gli studiosi hanno osservato che le sequenze derivate da BC200 presenti nel virus vengono trascritte in RNA.
In teoria, queste molecole potrebbero avere un ruolo nel modificare la produzione proteica all’interno delle cellule infettate, ma al momento si tratta soltanto di un’ipotesi che deve ancora essere verificata sperimentalmente. Non è quindi possibile affermare che queste sequenze abbiano reso il virus più efficiente o gli abbiano conferito una nuova capacità biologica.
Soprattutto, non esiste alcuna prova che il virus abbia acquisito qualcosa di simile a una funzione cerebrale soltanto perché le sequenze provengono da un gene particolarmente attivo nei neuroni.
La scoperta non rende il virus più pericoloso
Lo studio non mostra nemmeno che il virus del mollusco contagioso sia diventato più aggressivo o più pericoloso per l’uomo. La scoperta riguarda soprattutto l’evoluzione del DNA e la mobilità delle sequenze genetiche.
Mostra cioè che una sequenza originata da un elemento genetico mobile può acquisire una funzione utile all’interno delle cellule e, allo stesso tempo, conservare per milioni di anni la capacità di produrre copie che finiscono altrove. In questo caso, alcune copie sono rimaste all’interno dei genomi dei primati, altre differiscono perfino tra individui della nostra specie e almeno due sono riuscite ad attraversare un confine ancora più insolito, entrando nel genoma di un virus umano.
Il risultato pubblicato su Science rende quindi più sfumata la distinzione tra geni funzionali ed elementi genetici mobili. Anche una sequenza ormai integrata nella biologia delle nostre cellule può continuare ad avere una seconda vita evolutiva, generando copie che percorrono strade molto diverse da quella del gene originale.
Fonte:
Science - Escape of the BC200 gene to a human poxvirus reveals its persistent transposition in primates
