Un programma di igiene per i cromosomi

A volte le scoperte vengono fatte anche in ambito familiare: I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno recentemente identificato un compartimento cellulare raro e precedentemente sconosciuto nelle cellule dei mammiferi. Lo hanno chiamato "exclusome". Contiene segmenti di DNA a forma di anello, i cosiddetti plasmidi. Hanno appena pubblicato la loro scoperta sulla rivista scientifica Molecular Biology of the Cell.

I ricercatori hanno trovato il nuovo compartimento, precedentemente non descritto, nel citoplasma. Si tratta di una caratteristica particolare, poiché le cellule eucariotiche (gli organismi viventi con un nucleo cellulare) normalmente conservano la maggior parte del loro DNA nel nucleo cellulare, dove è organizzato in cromosomi.

I plasmidi che si accumulano nell'esclu-soma provengono dall'esterno della cellula o dalle terminazioni dei cromosomi, i telomeri. In alcune cellule tumorali, in particolare, queste regioni ripetitive del DNA vengono regolarmente tagliate e unite a formare degli anelli. Tuttavia, queste regioni non sponsorizzano la creazione di proteine. Il nucleo della cellula seleziona questi anelli di DNA e i plasmidi provenienti dall'esterno e li trasporta nel citoplasma, come mostrano per la prima volta i ricercatori dell'ETH nella loro nuova pubblicazione.

La cellula può quindi distinguere il proprio DNA ancora necessario da quello estraneo o presumibilmente non più necessario e rimuovere quest'ultimo dal nucleo cellulare. "Si tratta di un'importante funzione igienica del nucleo cellulare che protegge i cromosomi. Se i plasmidi non possono essere isolati nella cellula, in teoria possono essere incorporati nei cromosomi. Tuttavia, è più probabile che i geni plasmidici provenienti da virus o batteri vengano tradotti in proteine nel nucleo della cellula. Questo disturba la fisiologia della cellula", spiega la responsabile dello studio Ruth Kroschewski dell'Istituto di biochimica dell'ETH di Zurigo.

L'Exklusome promuove le reazioni autoimmuni?

Quali altre funzioni abbia l'esclu-soma non è ancora chiaro. Secondo Kroschewski, potrebbe avere a che fare con la memoria immunitaria della cellula. Da diversi anni i biologi di tutto il mondo studiano una speciale proteina che si aggancia al DNA, in particolare a quello del citoplasma. Ora è stato dimostrato che questa proteina si lega anche agli anelli di DNA. In questo modo, potrebbe innescare una cascata di segnali che induce le cellule a produrre e rilasciare messaggeri infiammatori. Queste sostanze messaggere segnalano all'organismo che potrebbe esserci un problema con un agente patogeno come un virus e che è necessaria una risposta immunitaria.

Kroschewski e il suo team ritengono possibile che la proteina si agganci agli anelli di DNA nell'Exklusome, simulando così un'infezione per lungo tempo. "L'organismo impara che il problema persiste", afferma la ricercatrice. Il sistema immunitario deve quindi reagire alla sostanza messaggera dell'infiammazione. "E poiché la cascata di segnalazione pro-infiammatoria non si placa ma continua, questo potrebbe promuovere l'infiammazione cronica e le reazioni autoimmuni come il lupus eritematoso sistemico", spiega Kroschewski.

Residuo evolutivo

L'ETH ipotizza che l'Exklusome sia evolutivamente antico e risalga agli albori degli eucarioti. Secondo la tradizione, la prima cellula eucariotica è nata dalla fusione di un primo batterio con un archeo, un organismo unicellulare anch'esso simile a un batterio. Il DNA a forma di anello, proveniente da due organismi diversi, doveva essere organizzato e protetto dalla degradazione. Nel corso dell'evoluzione si è sviluppato un meccanismo che fa sì che le molecole di DNA vengano automaticamente impacchettate in un involucro di membrana, come nel caso dell'esclusoma ora scoperto.

Sebbene l'involucro dell'esclosoma sia simile a quello del nucleo cellulare, è molto più semplice, come spiega Kroschewski: "L'involucro dell'esclosoma presenta lacune che possono essere osservate nell'involucro nucleare solo all'inizio della sua formazione"."Queste lacune nell'involucro nucleare si chiudono nel tempo o vengono riempite da specifici pori proteici. L'involucro dell'escludente, invece, non si sviluppa ulteriormente. "Forse l'escludente è il primo tentativo di formare un nucleo cellulare", afferma Kroschewski.

Tuttavia, non è chiaro perché i plasmidi siano impacchettati solo in un involucro di membrana incompleto. "Sembra che solo il DNA cromosomico sia 'qualificato' per un involucro nucleare completo, ma non il DNA non cromosomico", afferma Kroschewski. Il DNA esterno (a forma di anello) e i plasmidi, che sono prodotti internamente dalle sequenze telomeriche stesse, probabilmente non hanno questa caratteristica di qualificazione. "Non si sa quale sia questa caratteristica", afferma la biologa, come molte altre cose su questo organello appena scoperto. La biologa cellulare dell'ETH e il suo team vogliono quindi studiare i cambiamenti del DNA plasmidico nella cellula e la "licenza" per il trasporto dei plasmidi nell'esclu-soma nel prossimo futuro, per scoprirne i segreti.