Quando gli esseri viventi tramandano i loro geni alle generazioni successive, non limitano la trasmissione al solo codice genetico presente nel DNA. In alcuni casi, sono trasmessi anche segnali chimici, noti come marcatori epigenetici, che forniscono istruzioni alle cellule su come interpretare il codice genetico. Questo processo è chiamato eredità epigenetica ed è particolarmente frequente nel mondo delle piante. Le recenti scoperte in questo campo possono avere un impatto significativo sull’agricoltura, sull’approvvigionamento alimentare e sull’ambiente che ci circonda. I ricercatori del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), tra cui Rob Martienssen e Leemor Joshua-Tor dell’HHMI, si sono concentrati su come le piante ereditino i marcatori che mantengono inattivi certi geni, noti come trasposoni o geni saltatori. Quando questi geni vengono attivati, possono spostarsi e influenzare negativamente altri geni. Per evitare questo, le cellule aggiungono marcatori chimici a punti specifici del DNA, un processo chiamato metilazione, che agisce come una sorta di “interruttore”.

Il ruolo della proteina DDM1: uno yo-yo che scorre lungo una corda

Recenti studi condotti da Martienssen e Joshua-Tor hanno svelato il ruolo della proteina DDM1 nell’aiutare gli enzimi a posizionare questi marcatori sui nuovi segmenti di DNA. Le cellule delle piante necessitano della proteina DDM1 a causa della particolare struttura del loro DNA, che è avvolto strettamente intorno a proteine chiamate istoni, responsabili dell’impacchettamento del DNA. Martienssen spiega che questo avvolgimento crea una sorta di “barriera” che impedisce agli enzimi di accedere al DNA. Per consentire la metilazione, è necessario rimuovere o far spostare questi istoni. L’analogia di Martienssen per spiegare il movimento di DDM1 è quella di uno yo-yo che scorre lungo una corda. Gli istoni, simili a piccoli carrelli, possono “muoversi su e giù per il DNA, esponendo parti diverse in momenti diversi, ma senza mai separarsi completamente“, spiega il ricercatore. Attraverso una combinazione di esperimenti genetici e analisi biochimiche, Martienssen ha identificato gli istoni specifici che vengono spostati dalla proteina DDM1. Nel frattempo, Joshua-Tor ha utilizzato la microscopia crioelettronica per catturare immagini dettagliate dell’interazione tra l’enzima DDM1, il DNA e gli istoni. Questo ha permesso loro di visualizzare come DDM1 si leghi a istoni specifici per rimodellare la struttura del DNA.

I “segnaposto” genetici

Gli esperimenti hanno inoltre rivelato come l’affinità di DDM1 per certi istoni giochi un ruolo cruciale nel mantenere i controlli epigenetici attraverso le generazioni. Il team di ricerca ha dimostrato che un istone presente solo nel polline delle piante agisce come un segnaposto durante la divisione cellulare, conservando la memoria delle posizioni durante lo sviluppo delle piante e trasmettendola alle generazioni successive. Le implicazioni di questa scoperta vanno oltre il mondo delle piante. Anche negli esseri umani, proteine simili a DDM1 sono essenziali per mantenere la metilazione del DNA, il processo che regola l’attività dei geni. Questa nuova comprensione potrebbe contribuire a spiegare come queste proteine siano cruciali per il funzionamento ottimale dei nostri geni e quindi per la nostra salute complessiva.