DNA “spazzatura”: cos’è, a cosa serve e se lo si può definire vera spazzatura

Il DNA contiene istruzioni (codifica) che vengono utilizzate per creare proteine ​​nella cellula. Tuttavia, la quantità di DNA contenuta all’interno di ciascuna cellula è vasta e non tutte le sequenze genetiche presenti all’interno di una molecola di DNA in realtà codificano per una proteina. Parte di questo DNA non codificante viene utilizzato per produrre componenti di RNA non codificanti come RNA di trasferimento, RNA regolatorio e RNA ribosomiale. Tuttavia, altre regioni del DNA non vengono trascritte in proteine, né vengono utilizzate per produrre molecole di RNA e la loro funzione non è nota. La percentuale di codifica rispetto al DNA non codificante varia significativamente tra le specie. Nel genoma umano, ad esempio, quasi tutto (98%) del DNA non è codificante, mentre nei batteri solo il 2% del materiale genetico non codifica per nulla. In genetica, il termine DNA spazzatura si riferisce a regioni del DNA non codificanti. Il termine “DNA spazzatura” fu usato per la prima volta negli anni ’60, ma fu formalizzato da Susumu Ohno nel 1972. Ohno notò che la quantità di mutazione che si verifica a seguito di mutazioni deletere fissava un limite per la quantità di loci funzionali che ci si poteva aspettare quando è stato considerato un normale tasso di mutazione.

In una recensione di Nature pubblicata nel 1980, Leslie Orgel e Francis Crick affermarono che il DNA spazzatura “aveva poca specificità e conferiva poco o nessun vantaggio selettivo all’organismo. Tuttavia, nel corso degli anni, i ricercatori hanno trovato prove che suggeriscono che il DNA spazzatura può fornire una qualche forma di attività funzionale. Alcune linee di evidenza suggeriscono che frammenti di ciò che era originariamente DNA non funzionale hanno subito il processo di “exaptation” durante l’evoluzione. Exaptation si riferisce all’acquisizione di una funzione attraverso mezzi diversi dalla selezione naturale. Nel 2012, un programma di ricerca chiamato progetto ENCODE ha concluso che circa tre quarti del DNA non codificante nel genoma umano sono stati sottoposti a trascrizione e che quasi il 50% del genoma era disponibile per le proteine ​​coinvolte nella regolazione genetica come i fattori di trascrizione. Tuttavia, questi risultati sono stati criticati da altri scienziati che sostengono che l’accessibilità di questi segmenti genomici ai fattori di trascrizione non significa che abbiano necessariamente una funzione biochimica o che la trascrizione dei segmenti sia in qualche modo vantaggiosa in termini di evoluzione.

Studi di genomica comparativa hanno dimostrato che parte di questo DNA spazzatura è altamente conservato, a volte per centinaia di milioni di anni, il che suggerisce che queste regioni non codificanti hanno subito una selezione positiva durante l’evoluzione e conferiscono un vantaggio in termini di conservazione o minimizzazione di alcuni tratti biologici. Ad esempio, il genoma umano e il genoma dei topi si sono discostati da un antenato comune circa 65-75 milioni di anni fa. Tuttavia, il DNA codificante per proteine ​​costituisce solo circa il 20% del DNA conservato in questi genomi, mentre il resto del DNA conservato si trova in regioni non codificanti. I ricercatori hanno anche scoperto che alcune sequenze nel DNA spazzatura agiscono come “interruttori” genetici, che determinano dove e quando i geni vengono espressi. Uno studio comparativo che ha esaminato più di 300 genomi procariotici e 30 eucariotici ha stimato la quantità minima di DNA non codificante richiesta da un organismo eucariotico. Nell’uomo, la quantità minima stimata era di circa il 5% dell’intero genoma. Alcune regioni del DNA non codificante possono anche essere essenziali per la struttura cromosomica, la funzione dei centromeri e svolgere un ruolo nella divisione cellulare (meiosi).

Esistono diversi tipi di DNA non codificante o spazzatura. Alcuni di questi sono descritti di seguito.

  • RNA funzionale non codificante – Queste sono sequenze di RNA funzionanti che non sono tradotte in proteine ​​ed esempi includono complesso RNA-Piwi, RNA ribosomiale, RNA di trasferimento e microRNA. Gli esperti hanno stimato che i microRNA controllano l’attività traslazionale di quasi un terzo di tutti i geni codificanti le proteine ​​tra i mammiferi e potrebbero svolgere un ruolo importante nella progressione di alcune malattie come il cancro e le malattie cardiache, nonché nella risposta immunitaria all’invasione da parte di organismi infettivi.
  • Telomeri – Questi sono segmenti di DNA ripetuto che si trovano alla fine di un cromosoma, dove impediscono il deterioramento del cromosoma durante il processo di replicazione del DNA. Sono i markers genetici dell’invecchiamento cellulare
  • Introni: un introne è la parte non codificante di un gene, mentre un codone è la parte codificante. Gli introni vengono trascritti nell’mRNA precursore, ma vengono successivamente rimossi prima che si formi l’RNA messaggero maturo. Alcuni di questi introni sembrano esercitare una funzione biologica. Possono aiutare a regolare l’attività di tRNA e rRNA, nonché l’espressione di geni codificanti proteine.
  • Pseudogeni: sono sequenze di DNA correlate a geni noti ma che non possiedono più la capacità di codificare una proteina. Si presentano attraverso retrotrasposizione o geni funzionali che sono stati duplicati, ma non sono funzionali perché contengono mutazioni che ne impediscono la trascrizione o alterano la traduzione genica.
  • Elementi cis e trans-regolatori – Questi elementi sono sequenze che regolano la trascrizione di un gene. Possono essere trovati all’interno di introni o nelle regioni non tradotte 5 ‘o 3’. Le sequenze dei promotori facilitano la trascrizione di un particolare gene e di solito si trovano a monte della regione codificante. Le sequenze del potenziatore influenzano anche il grado in cui un gene viene trascritto.
  • Trasposoni: un trasposone è un elemento genetico mobile che può cambiare la sua posizione nel genoma, che può invertire una mutazione o causarne una, alterando quindi le dimensioni del genoma della cellula.
  • Sequenze virali – Esistono diverse sequenze di retrovirus endogeni che emergono attraverso la trascrizione inversa dei genomi del retrovirus. La mutazione di queste sequenze può disattivare il genoma virale.

Sembra dunque che il termine “spazzatura” sia inappropriato per uno dei materiali organici più nobili in natura. Se è stato etichettato “spazzatura” è perché l’uomo pensava che non avesse utilità. Un probabile riflesso mentale o culturale dell’evoluzione moderna.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Chen X et al. Theranostics 2020 Jan 1; 10(4):1479-99.

Lee H et al. Trends Genet. 2019 Dec; 35(12):892-902. 

Drongitis D et al. Int J Mol Sci. 2019 Nov 15; 20(22).

McNulty SM et al. Chromosome Res. 2018; 26(3):115.

Anna A, Monika G.J Appl Genet. 2018 Aug; 59(3):253. 

0 0 vote
Article Rating
Informazioni su Dott. Gianfrancesco Cormaci 2449 Articoli
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry specialty in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Detentore di un brevetto sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of a patent concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica, salute e benessere sui siti web salutesicilia.com e medicomunicare.it
Subscribe
Notificami

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

0 Commenti
Inline Feedbacks
View all comments