I biologi cellulari del Politecnico di Zurigo descrivono un nuovo organello nelle cellule dei mammiferi, costituito da anelli di DNA. Potrebbe avere un ruolo nelle malattie autoimmuni e potrebbe aiutare i ricercatori a capire come le cellule si sono evolute per avere un nucleo.
Anche nelle vecchie conoscenze, le scoperte a volte hanno successo: I ricercatori del Politecnico di Zurigo hanno recentemente identificato un comparto cellulare raro e precedentemente sconosciuto nelle cellule dei mammiferi. Lo chiamano "exclusome". Contiene segmenti di DNA a forma di anello, i cosiddetti plasmidi. Hanno appena presentato la loro scoperta sulla rivista scientifica Molecular Biology of the Cell.
I ricercatori hanno trovato il nuovo compartimento, precedentemente non descritto, nel plasma cellulare. Si tratta di una caratteristica particolare, perché normalmente le cellule eucariotiche (gli esseri viventi con un nucleo cellulare) conservano la maggior parte del DNA nel nucleo cellulare, dove è organizzato in cromosomi.
I plasmidi che si accumulano nell’esclosoma provengono dall’esterno della cellula o dalle terminazioni dei cromosomi, i telomeri. Soprattutto in alcune cellule tumorali, queste regioni ripetitive del DNA vengono regolarmente tagliate e unite a formare degli anelli. Tuttavia, queste non portano con sé un progetto di proteine. Il nucleo della cellula seleziona questi anelli di DNA e i plasmidi provenienti dall’esterno e li trasporta nel plasma cellulare, come i ricercatori dimostrano per la prima volta 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 sconvolge la fisiologia della cellula", afferma la responsabile dello studio Ruth Kroschewski dell’Istituto di Biochimica del Politecnico di Zurigo.
L’esclosoma favorisce le reazioni autoimmuni?
Quali altre funzioni abbia l’esclosoma 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 attacca al DNA, in particolare a quello del plasma cellulare. Ora è stato dimostrato che questa proteina si attacca anche agli anelli di DNA. In questo modo, potrebbe innescare una cascata di segnali che induce le cellule a produrre e rilasciare messaggeri infiammatori. Questi messaggeri 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’ecclusoma, fingendo così un’infezione per lungo tempo. "L’organismo impara che il problema persiste", afferma la ricercatrice. Il sistema immunitario deve quindi reagire al messaggero infiammatorio. "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
Il ricercatore dell’ETH ipotizza che l’esclosoma sia evolutivamente antico e risalga agli albori degli eucarioti. Secondo le idee attuali, 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. A questo scopo, 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.
Questo perché l’involucro dell’esclosoma, pur essendo simile a quello del nucleo, è molto più semplice, come spiega Kroschewski: "L’involucro dell’esclosoma presenta lacune che si possono osservare nell’involucro nucleare solo all’inizio della sua formazione". Nel caso dell’involucro nucleare, queste lacune si chiudono nel tempo o vengono riempite da specifici pori proteici. L’involucro dell’esclosoma, invece, non si evolve. "Forse l’esclosoma è il primo tentativo di formare un nucleo", afferma Kroschewski.
Non è chiaro, tuttavia, 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 (circolare) e i plasmidi prodotti internamente dalle stesse sequenze telomeriche probabilmente non hanno questa caratteristica di qualificazione, aggiunge. "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 la sua équipe intendono quindi studiare i cambiamenti del DNA plasmidico nella cellula e la "licenza" per il trasporto dei plasmidi nell’ecclusoma nel prossimo futuro, al fine di scoprirne i segreti.
Peter Rüegg
