Scoperte da una analisi quantitativa della struttura della cromatina, sfidano il modello classico della regolarità statica
Il DNA nel genoma umano è organizzato in fibre ripiegate irregolarmente durante la divisione cellulare, secondo un recente studio dei ricercatori guidati da Kazuhiro Maeshima del RIKEN SPring-8 Center e del RIKEN Advanced Science Institute in Giappone. Il DNA è avvolto attorno a proteine dette istoni per formare neuclosomi, che sono strettamente compressi nei cromosomi da complessi di proteine dette condensine (Fig.1). Molti studi precedenti hanno suggerito che i neuclosomi fossero organizzati in strutture regolari di 30 nanometri in diametro, portando al modello classico della struttura generale dei cromosomi. Tuttavia, altri studi hanno suggerito che queste strutture di fibre regolari esistessero solo in tipi di cellule specializzate.
Per risolvere questi conflitti nei risultati, Maeshima e colleghi hanno indagato nella struttura dei cromosomi di cellule HeLa in mitosi o suddivisione, usando tre tecniche diverse: microscopia Cryo-Elettrone, che permette l'osservazione di strutture biologiche ghiacciate ad alta risoluzione, senza produrre artefatti visibili nel sistema EM convenzionale; scattering a raggi-x small-angle (SAXS), che rileva strutture ripetute in soluzioni di campioni biologici; scattering a raggi-X ultra-piccolo (USAXS), un nuovo tipo di SAXS che può mostrare strutture ripetute lungo grandi dimensioni. Le tre tecniche hanno dato risultati coerenti. I ricercatori hanno rilevato strutture ripetute ogni 11 nanometri circa, ma non a distanza superiore e questo suggerisce che la cromatina sia organizzata come perle su un filo con uno schema di ripiegamento irregolare. Il metodo USAXS ha rivelato anche che i cromosomi hanno una natura frattale: la stessa organizzazione si ripete a differenti scale e queste strutture creano la forma a bastoncello.
Maeshima e colleghi propongono due possibili spiegazioni per l'organizzazione a bastoncello e in larga scala dei cromosomi. Una dice che le condensine si legano a siti specifici nel DNA, portandolo a formare anelli auto-assemblanti che interagiscono tra loro e producono strutture ripetute lungo l'asse del cromosoma. L'alternativa dice che la formazione di strutture ad anello ripetute in modo regolare, può essere sufficente a generare la forma a bastoncello osservata, per le forze repulsive tra gli anelli adiacenti. I ricercatori predicono che il ripiegamento irregolare renderebbe i cromosomi più flessibili: questo tipo di organizzazione ha meno limitazioni fisiche della struttura regolare. Suggeriscono anche che la ripiegatura irregolare sia comune alla cromatina in interfase o cellule non in divisione, in quanto rende il DNA più accessibile al meccanismo molecolare di trascrizione del RNA e della replicazione del DNA.
“Ci siamo concentrati sui cromosomi nelle cellule in divisione”, dice Maeshima, “ma assumiamo che una simile ripiegatura irregolare esista anche nelle cellule interfase e stiamo valutando questo assunto”.
Studio scientifico: Rif.1 Nishino, Y., Eltsov, M., Joti, Y., Ito, K., Takata, H., Takahashi, Y., Hihara, S., Frangakis, A.S., Imamoto, N., Ishikawa, T. & Maeshima, K. Human mitotic chromosomes consist predominantly of irregularly folded nucleosome fibres without a 30-nm chromatin structure. The EMBO Journal 31, 1644–1653 (2012) http://www.nature.com/emboj/journal/v31/n7/abs/emboj201235a.html
Immagine: i cromosomi (a sinistra) consistono in nucleosomi compatti e ripiegati in modo irregolare. Riproduzione da Rif.1 © 2012 Yoshinori Nishino et al., RIKEN SPring-8 Cente.
Fonte: http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/research/6984
Vedi: https://www.altrogiornale.org/news.php?item.5409