Il vecchio DNA virale caratterizza lo sviluppo embrionale precoce
Riattivazione degli elementi virali primordiali negli embrioni
Più della metà del nostro genoma è costituita da migliaia di resti di antico DNA virale, noti come elementi trasponibili, ampiamente distribuiti nell'albero evolutivo della vita. Un tempo etichettati come il "lato oscuro" del genoma, i ricercatori della Helmholtz di Monaco e della Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) hanno ora scoperto il loro ruolo cruciale nello sviluppo embrionale precoce.
Domande senza risposta sul ruolo del vecchio DNA virale
Gli elementi trasponibili, resti di DNA virale di vecchia data, si riattivano nelle prime ore e nei primi giorni dopo la fecondazione. Durante questa fase dinamica dello sviluppo precoce, le cellule embrionali mostrano una notevole plasticità. Tuttavia, i meccanismi molecolari e i fattori che controllano questa plasticità non sono ancora del tutto noti. Studi su modelli murini suggeriscono che gli elementi trasponibili svolgono un ruolo centrale nella plasticità cellulare. Tuttavia, non è ancora chiaro se questa sia una proprietà universale di tutte le specie di mammiferi. Inoltre, le diverse origini evolutive di questi residui virali sollevano ulteriori domande sulla loro conservazione nei genomi dei mammiferi. La comprensione dei meccanismi che controllano l'attivazione degli elementi trasponibili è fondamentale per i progressi della medicina riproduttiva e per una più profonda comprensione della regolazione del genoma.
Riattivazione di elementi virali primordiali negli embrioni
Un gruppo di ricerca guidato dalla Prof.ssa Maria-Elena Torres-Padilla presso l'Helmholtz di Monaco e la LMU ha studiato queste antiche sequenze di DNA utilizzando un metodo di recente sviluppo per analizzarne la trascrizione. I ricercatori hanno creato un atlante di un singolo embrione confrontando embrioni di diverse specie di mammiferi, tra cui topi, mucche, maiali, conigli e la scimmia rhesus, un primate non umano. I risultati sono stati sorprendenti: hanno scoperto che elementi virali molto vecchi, precedentemente considerati inattivi, si riattivano negli embrioni dei mammiferi. Inoltre, è stato dimostrato che ogni specie studiata esprime tipi diversi di questi elementi.
Nuovi approcci per la manipolazione genica e la ricerca sulla plasticità cellulare
Questi risultati dimostrano che l'attivazione degli elementi trasponibili è evolutivamente conservata. L'identificazione di elementi specifici apre affascinanti possibilità di manipolare migliaia di geni contemporaneamente nelle cellule. "Questo approccio offre un modo innovativo per influenzare il destino delle cellule, ad esempio controllando la differenziazione delle cellule staminali, che di solito richiede la manipolazione simultanea di centinaia di geni", spiega la dottoressa Marlies Oomen, coautrice dello studio. "Il nostro lavoro evidenzia quanto sia essenziale comprendere i principi regolatori alla base degli elementi trasponibili".
Il Prof. Torres-Padilla aggiunge: "La nostra ricerca dimostra che l'attivazione degli elementi trasponibili è una caratteristica delle prime fasi embrionali di diverse specie di mammiferi. Questa scoperta è significativa perché le cellule in questa fase iniziale hanno la capacità di differenziarsi in tutti i tipi di cellule del corpo. Comprendendo come queste cellule regolano gli antichi elementi virali, otteniamo preziose informazioni sui meccanismi della plasticità cellulare. Il nostro studio costituisce la base per future ricerche su elementi regolatori specifici, con implicazioni di vasta portata per la salute, le malattie e l'influenza dei processi cellulari".
Un insieme unico di dati sullo sviluppo precoce di diverse specie di mammiferi
Oltre a sviluppare una nuova metodologia per la ricerca su singole cellule ed embrioni, lo studio ha prodotto un insieme di dati unico nel suo genere. Lo sviluppo embrionale precoce è un processo altamente dinamico e di grande interesse scientifico. Tuttavia, la maggior parte degli studi si concentra su una singola specie, di solito topi o esseri umani. Questo studio ha adottato un approccio evolutivo e ha confrontato più specie di mammiferi, identificando le vie di regolazione chiave che sono condivise tra le specie. I risultati biologici di questa ricerca, insieme all'ampio set di dati, costituiscono una risorsa preziosa per i ricercatori in biologia dello sviluppo e della riproduzione.
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Pubblicazione originale
Marlies E. Oomen, Diego Rodriguez-Terrones, Mayuko Kurome, Valeri Zakhartchenko, Lorenza Mottes, Kilian Simmet, Camille Noll, Tsunetoshi Nakatani, Carlos Michel Mourra-Diaz, Irene Aksoy, Pierre Savatier, Jonathan Göke, Eckhard Wolf, Henrik Kaessmann, Maria-Elena Torres-Padilla; "An atlas of transcription initiation reveals regulatory principles of gene and transposable element expression in early mammalian development"; Cell
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