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Dic
02
2011

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L’RNA: al di sopra di ogni genetica

[segue dal post precedente]

Sembra quindi che il determinismo genetico, per cui ogni sequenza di DNA corrisponde ineluttabilmente a qualche caratteristica  di un organismo (se positiva o negativa ce lo dirà la selezione naturale), sia un mito che con il tempo sta perdendo sempre più smalto. I ricercatori lo hanno già capito con il sequenziamento completo dei genomi, ormai una tecnica di routine: considerando le dimensioni dei genomi si aspettavano infatti di trovare milioni o centinaia di migliaia di geni, e invece l’ordine di grandezza è stato in media di poche decine di migliaia (almeno negli animali e nelle piante, uomo compreso). Le istruzioni principali sono quindi poche, ma la complessità sta nel loro assemblaggio, sequenzialità, coordinamento spaziale e temporale. Il concetto mi ricorda un po’ le costruzioni della Lego (quelle serie di anni fa, non quelle per i bambini di oggi!). In poche bustine c’erano tutti i pezzi per costruire un’astronave ad esempio – a dir la verità ne mancava sempre qualcuno – ma sul libretto di istruzioni c’era anche la possibilità di costruire giochi alternativi, partendo dagli stessi pezzi, e la fantasia faceva il resto, per cui le combinazioni erano pressoché infinite. La stessa cosa avviene per il DNA: tutto parte da un alfabeto di sole 4 basi (A, T, C, G) e dalle loro innumerevoli combinazioni, modificazioni e legami con altre molecole.

Il guaio è quindi che la complessità non risiede solo nella sequenza, ma anche nei livelli successivi, come nella trascrizione, nella traduzione, nella replicazione, ecc. ecc. (vedi il post precedente). Tenendo conto di tutte questi livelli di complessità, si capisce bene che le combinazioni diventano infinite e, anche partendo da poche decine di migliaia di geni, si possono ottenere organismi complessi. Per questo motivo, oggi si parla spesso di “epigenetica”, cioè “al di sopra della genetica”, cioè lo studio delle variazioni del fenotipo (aspetto di un organismo) determinate dei cambiamenti del livello di espressione dei geni causati da meccanismi diversi dalle modificazioni del DNA. In parole povere, non è necessario che la sequenza di DNA, lunga 3 miliardi e rotte di basi nell’uomo, cambi per avere differenze di fenotipo; si riscontreranno variazioni anche se la sequenza di DNA non varia. Ma allora da cosa sono causate queste variazioni? Scartando le spiegazioni metafisiche, ci dev’essere qualche ragione molecolare, anche se estremamente complessa. E di ragioni, purtroppo per i ricercatori che le devono studiare, ce ne sono tante; troppe. Da qualche parte dobbiamo iniziare però. E cominciamo con l’RNA.

Ora, l’RNA è una molecola strana. Non sto qui ad elencarne tutte le proprietà (vedete un confronto con l’RNA nella figura in alto e trovate molte informazioni su questo bell’articolo: Clancy, S. (2008) Chemical structure of RNA. Nature Education 1), ma sembra che essa sia molto più antica del DNA stesso. Mentre quest’ultimo è una specie di pergamena con le istruzioni per costruire un organismo, chiusa in una cassaforte da cui non esce mai, l’RNA è una molecola molto più adattabile, plastica, reattiva e labile. Il fatto che sia adattabile, lo si comprende dai vari tipi di RNA che si trovano in giro per la cellula; essi sono accomunati dalla loro sequenza primaria (con le 4 basi azotate  A, U, C, G, lo zucchero ribosio e un gruppo fosfato) ma le loro funzioni sono completamente diverse. Si ipotizza che le prime forme di vita fossero basate proprio sull’RNA e che il DNA derivi da esso. Questo perché, mentre oggi ogni classe di molecole ha solitamente una specifica funzione, nel passato i contorni sono stati  probabilmente più “sfumati” e poche molecole avevano vari compiti. Il problema si pose qualche anno fa nei forma della tipica precedenza di nascita dell’uovo o della gallina. Cioè, se il DNA viene replicato in altro DNA (per essere poi distribuito nelle due cellule figlie), trascritto in RNA, e poi l’RNA viene tradotto in proteine ad opera di altre proteine, come si sono potute formare le prime proteine dal momento che le proteine (necessarie per la replicazione, trascrizione e replicazione) ancora non c’erano? La questione è un po’ complicata e meriterebbe forse un post a parte, ma a quanto pare era l’RNA che faceva un po’ tutto: fungeva de depositario delle informazioni genetiche, funzione che oggi compie il DNA,  e nello stesso  tempo da catalizzatore, cosa che oggi fanno gli enzimi, una classe di proteine che facilitano e velocizzano alcune reazioni chimiche necessarie per la vita. In tutto questo, l’RNA era forse aiutato anche da composti inorganici, quali le argille, che fungevano da “stampo” per ordinare tutte queste molecole nel modo ordinato che contraddistingue gli organismi viventi. La vita sembrerebbe quindi essere nata in bacini argillosi non molto profondi e senza correnti, con acqua salata a temperatura costante, e non negli oceani come si è sempre pensato. Ma di anni ne sono passati 4 miliardi e più, quindi si tratta di ipotesi, seppure avvalorate da molti esperimenti.

Tornando all’RNA, fino a qualche anno fa, si pensava ce ne fossero di tre tipi: RNA messaggero (mRNA), RNA ribosomiale (rRNA) ed RNA transfer (tRNA). I primi erano il prodotto della trascrizione dei vari geni, sintetizzati nel nucleo sullo stampo del DNA, i secondi erano componenti dei ribosomi, organelli presenti nel citoplasma dove avviene la sintesi proteica (traduzione), e i terzi legavano e trasportavano gli aminoacidi sui ribosomi, quando era necessario legarli l’uno con l’altro seguendo istruzioni specifiche presenti sull’mRNA. Nel remoto e malaugurato caso siate intressati al meccanismo molecolare, nel video qui già c’è tutto l’ambaradan.



Queste tre classi di RNA, tutte fondamentali e così diverse tra loro, non sono però coinvolte nei processi epigenetici. Sono parte del sistema grazie al quale otteniamo proteine a partire dalle istruzioni del DNA, ma non sono responsabili delle variazioni fenotipiche degli organismi.

La scoperta di altre classi di RNA era però alle porte, e lo studio delle piante sarebbe stato cruciale. Ma questa è la storia del prossimo post…

[continua]

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