Genoma Stories

Dal junk DNA al jungle DNA

Pubblicato il 4 Giugno 2019

Di Pietro Greco – Like a Monkey in the DNA jungle. Come una scimmia che salta di ramo in ramo nel DNA giungla. Così titolava nelle scorse settimane la rivista (on line) Life’s Building Blocks, dando notizia di un report scientifico, Poly(ADP-ribose) polymerase1 searches DNA via a ‘monkey bar’ mechanism, in cui quattro ricercatori americani della University of Colorado Boulder davano conto di come una proteina, la PARP1, che si muove nel jungle DNA, salta di liana in liana nel lungo e aggrovigliato filamento alla ricerca di imperfezioni da riparare.

Al di là degli aspetti tecnici, l’articolo dei ricercatori di Boulder ci ricorda tre cose. Primo: che il DNA, anche quello umano, non è certo disposto nel nucleo come un lungo filamento lineare. Ma appare, appunto, come una fitta giungla tridimensionale, con le varie parti che si intrecciano, muovendosi però in continuazione nello spazio a tre dimensioni. E dunque se lo potessimo osservare in dettaglio, scopriremmo tutta la sua vitalità. Proprio come, vista dall’alto, una giungla appare un tutt’uno indistinto, mentre vista dal di dentro ci mostra tutta la sua incredibile biodiversità.

Secondo: che ci sono proteine, come la PARP1, che lo attraversano, il DNA, saltando “di ramo in ramo”, con una strategia in apparenza casuale che però risulta la migliore per individuare le imperfezioni.

Terzo: che il DNA non è il regno della perfetta organizzazione ma una molecola con non poche imperfezioni che richiedono l’opera attenta e continua di proteine riparatrici.

Alle imperfezioni in natura e al loro ruolo creativo in biologia ha dedicato un libro il filosofo Telmo Pievani intitolato, per l’appunto, Imperfezione. Una storia naturale, uscito in questi giorni nella collana Temi della Raffaello Cortina Editore. Le imperfezioni sono molte nel DNA, di diverso ordine e grado. Le più banali, per così dire, sono le mutazioni che intervengono in continuazione su singole basi nucleotidiche. Di qui la necessità di un efficiente sistema di correzione a opera di proteine riparatrici.

Ma le imperfezioni non riguardano solo singole basi. Anzi chiamano in causa la gran parte del nostro DNA, che contiene all’incirca 20.000 geni: appena l’1,5% delle sequenze nucleotidiche del genoma umano. Dunque il 98,5% è costituito da sequenze non codificanti.

Lo scorso 5 aprile è morto all’età di 92 anni il biologo molecolare sudafricano, premio Nobel per la medicina, Sydney Brenner che nel 1998 definì junk DNA (Dna spazzatura), questa parte debordante del genoma che non sembrava avere funzione alcuna. Nella visione di Brenner, dunque, il DNA era essenzialmente una grossa imperfezione con una minuscola parte funzionale e, dunque, funzionante. Non il regno della perfezione, dunque, ma addirittura il regno dell’inutile.

Di qui la domanda, perché tanta ridondante imperfezione?

Le risposte sono più d’una. Una parte del junk DNA non è esattamente spazzatura, ma assolve a ruoli diversi della codifica per proteine. Ha, per esempio, funzioni regolatrici. Contribuisce ad attivare o a silenziare le sequenze codificanti, ovvero i geni. E come lo fa: cambiando in continuazione la disposizione nello spazio dei ripiegamenti, allontanando alcune parti e avvicinandone altre.

Una parte del junk DNA è poi costituita da geni atavici, che una volta avevano una funzione e che ora non servono più. Nel DNA umano di questi geni atavici ce ne sono all’incirca 2.000. Per esempio geni per la produzione interna di vitamina C o geni olfattivi sono stati disattivati, perché noi assumiamo dalla dieta la prima e non abbiamo più tanto bisogno di orientarci nel mondo inseguendo gli odori. Qualche volta questi geni si riattivano. Per esempio succede che qualche bambino nasca con un coccige piuttosto allungato (sì, insomma, con una coda) a causa di un gene atavico riattivato. Nel feto un gene atavico si riattiva sempre e verso il sesto mese fa apparire una lanugine diffusa che ricorda i peli dei primati nostri avi. Ma poiché questo pelo a noi non serve, un mese prima della nascita scompare: ovvero le sequenze geniche responsabili vengono silenziate.

Ma poi c’è una parte del DNA, ancora predominante, che sembra davvero inutile. Perché c’è questo altare elevato al dio dell’imperfezione? Perché la selezione naturale non ha semplicemente tagliato e buttato via questo lungo e pesante fardello? I motivi, agli occhi di un evoluzionista, sono tre. Il primo è che la selezione naturale non butta mai nulla. Stephen Jay Gould sosteneva che opera come un maldestro giardiniere che con un lungo tubo innaffia il parco. Se gira intorno a un albero, il giardiniere (selezione naturale) non torna indietro per liberare il tubo, ma lascia che si arrotoli intorno all’arbusto. Sì, la selezione naturale non torna mai indietro. Non cancella quasi mai i suoi errori. Le sue imperfezioni. In genere fa un bilancio costi/benefici. Se tagliare via una parte del DNA che non serve più a nulla è più costoso che conservala in garage, la selezione naturale la conserva.

Il secondo è che talvolta un gene silenziato usato nel passato profondo per alcuni scopi può ritornare in auge in altre occasioni per altri scopi. Un esempio, ricordato da Telmo Pievani nel suo libro chiarirà il concetto. C’è un gene, comune a topi e umani, che codifica per l’osteocrina ed è indispensabile per lo sviluppo delle ossa e dei muscoli. Il gene è presente anche nella neocorteccia degli umani ma non nel cervello dei topi. E si attiva in coltura nelle cellule dei tessuti muscolari sia di topi che degli uomini; ma si attiva solo nelle cellule cerebrali umane e non in quelle dei topi. La domanda è: cosa ci fa un gene “nato” per far funzionare il sistema osseo e muscolare nel cervello di un uomo? La risposta è venuta solo di recente, nel 2016: con una piccola serie di mutazioni il gene “è stato cooptato” per regolare la forma dei dendriti, l’allungamento degli assoni e favorire lo sviluppo strutturale del cervello. Nato per una funzione, il gene è stato impiegato per un’altra funzione. Succede così nel mondo del DNA.

Ma, dicevamo, c’è un terzo motivo che ci induce a uno sperticato elogio dell’imperfezione dell’acido deossiribonucleico. L’inutilità di molte sue parti, sopravvissute solo perché era troppo costoso eliminarle, e la loro ridondanza è una fonte di creatività. Mentre i geni normali lavorano, infatti, e le proteine riparatrici su di loro sono precise al dettaglio, nella parte più junk, l’evoluzione si sbizzarrisce. Lascia che le mutazioni procedano più libere. La gran parte di queste mutazioni non porta a niente e se dannose per il tutto vengono riparate o espulse. Ma talvolta succede che una mutazione si rivela favorevole. Magari riattiva un gene che può essere utile per una nuova funzione. Ecco nella parte che Sydney Brenner considerava spazzatura, il DNA sperimenta. Il junk DNA è una riserva di creatività. E di sorprese. Proprio come una foresta tropicale che a prima vista sembra un inestricabile guazzabuglio.

Per questo, come ricorda Telmo Pievani, stiamo passando dall’idea del junk DNA a quella de jungle DNA.

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