CRONACA – Giovani e indispensabili: i geni – inteso come plurale di gene – imparano in fretta. Da Seattle, Stati Uniti, arriva la scoperta che un gene non deve per forza essersi evoluto per miliardi di anni per diventare fondamentale per un organismo. Sembra invece che anche geni ‘giovani’, evolutisi in tempi relativamente brevi, possano essere imprescindibili.
Un gruppo di ricercatori del Fred Hutchinson Cancer Research Centre ha mappato per la prima volta la rapida evoluzione di un gene giovane del moscerino della frutta, diventato cruciale per l’organismo dell’insetto in un tempo (evolutivamente parlando) breve. Lo studio è stato pubblicato ai primi di giugno sulla rivista Science. La scoperta smentisce una convinzione di vecchia data, secondo cui condizione necessaria perché un gene svolga una funzione essenziale in un organismo è che la sua evoluzione sia cominciata in tempi remoti. Tuttavia, se è vero che, quanto meno un gene muta nel corso di milioni o miliardi di anni, più probabile è che giochi un ruolo chiave per il suo organismo ospite, il contrario non è sempre vero.
Harmit Singh Malik, ricercatore del centro statunitense e autore senior dello studio, ha esaminato insieme ai suoi colleghi uno di questi casi in dettaglio, dalla nascita del gene attraverso il suo percorso verso una nuova funzione, diventata essenziale nel tempo. Il moscerino della frutta, la Drosophila melanogaster, un comune organismo modello usato negli studi di laboratorio, ospita il gene Umbrea, un gene relativamente giovane, che si è duplicato e ha cominciato a divergere dal suo gene genitore 15 milioni di anni fa, un tempo decisamente breve rispetto ad altri geni.
Gli scienziati hanno confrontato Umbrea col gene genitore, esaminando la localizzazione, all’interno della cellula, della proteina prodotta da ognuno dei due geni. Entrambe le proteine rivestono i cromosomi, ma la proteina di Umbrea si concentra sui centromeri, la regione del cromosoma in cui i cromatidi sono a stretto contatto, essenziale per la duplicazione e scissione dei cromosomi nella divisione cellulare.
Il gene Umbrea è fondamentale per la sopravvivenza della Drosophila, al contrario del gene d’origine. I ricercatori hanno scoperto che le cellule mancanti della proteina prodotta da Umbrea non riescono a ridistribuire la materia cromosomica verso la cellula giusta durante la divisione cellulare; hanno poi seguito il progresso evolutivo del gene, esaminando le differenze genetiche di Umbrea tra specie di Drosophila imparentate, e hanno individuato un breve filamento di Dna che conferirebbe al gene la sua peculiarità e la sua importanza.
Capire come Umbrea sia riuscito a compiere la sua veloce transizione verso una nuova funzione potrebbe aiutare gli scienziati a individuare altri processi cellulari soggetti alla stessa forma di evoluzione rapida, incluso quella di geni la cui mutazione è imprescindibile per la sopravvivenza delle cellule cancerose.
15 milioni di anni sono pochi a confronto con la maggioranza dei geni essenziali nel moscerino della frutta, da quattro a cinque volte più antichi, e alcuni importanti geni di questo organismo hanno più di un miliardo di anni. “I conflitti genetici che portano a cambiamenti rapidi come quelli di Umbrea possono anche gettare luce sulla competizione evolutiva tra cromosomi, o anche tra virus”, spiega Benjamin Ross, ricercatore nel laboratorio di Malik e primo autore dello studio.
I risultati del gruppo danno anche indicazioni su possibili limitazioni degli organismi modello usati in laboratorio come finestre sulla salute umana. Se è vero che molti geni hanno funzioni simili in animali tanto diversi quanto la Drosophila e l’essere umano, gli scienziati potrebbero correre il rischio di trascurare geni specificamente umani e cruciali per la nostra specie. Nonostante il moscerino della frutta abbia bisogno di Umbrea per sopravvivere, diverse altre specie di moscerini della frutta, imparentate molto strettamente con la melanogaster, ne mancano del tutto. “Una funzione essenziale in una specie o anche in un tipo di tessuto, come una cellula cancerosa, potrebbe non essere essenziale in un altro tipo di tessuto o in specie correlate alla prima”, conclude Malik.
