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Con l’invecchiamento i mitocondri – centrali elettriche delle cellule – possono perdere frammenti del loro DNA, che porta a diverse patologie, soprattutto per quanto riguarda il cervello e i muscoli.
Con l’invecchiamento i mitocondri – centrali elettriche delle cellule – possono perdere frammenti del loro DNA, che porta a diverse patologie, soprattutto per quanto riguarda il cervello e i muscoli.
Pertanto, la comprensione del meccanismo di delezione di frammenti di DNA mitocondriale è molto importante, perché queste informazioni consentiranno di elaborare il metodo per prevenire la degradazione dei tessuti vitali.
Un gruppo internazionale, che comprende membri dell’Università federale baltica Immanuel Kant, ha scoperto che alcune parti del genoma mitocondriale sono situate nella regione a più alto rischio a causa delle proprietà che possiedono.
I risultati della ricerca, pubblicati sulla rivista BMC Biology, aiuteranno a prevedere i rischi di alcune malattie, legate alle mutazioni del DNA mitocondriale, che consente di migliorare i metodi di trattamento e prevenzione.
L’invecchiamento è un processo complesso, causato da tutta una serie di meccanismi. Uno di questi può essere collegato alla distorsione del lavoro dei mitocondri, che producono energia nella cellula.
La carenza di energia che emerge con l’invecchiamento e provoca lo sviluppo di gravi malattie, che portano all’indebolimento dei muscoli e del cervello, è ovviamente collegata a mutazioni nel DNA mitocondriale (mtDNA).
Nella cellula ci sono molti mitocondri che si dividono regolarmente, ognuno dei quali porta il proprio materiale genetico.
Normalmente è praticamente lo stesso, ma con il tempo si accumulano più differenze. Nel caso di alcune mutazioni, ad esempio la delezione di frammenti di catena nucleare (delezioni), questi mtDNA difettosi possono ottenere un vantaggio copiando e leggendo le informazioni perché non dedicano tempo alla traduzione.
Pertanto, il numero di proteine “danneggiate” nella cellula aumenta e alla fine porta alla sua degradazione.
In parole povere, nel corso del tempo tutta l’area sarà occupata da piccoli mitocondri che si moltiplicano rapidamente, mentre i mitocondri forti e resistenti saranno in inferiorità numerica.
C’è un genoma cellulare in ogni cellula, e l’intera popolazione è portatrice di mtDNA. Ciò significa che in ogni cellula del nostro corpo vive la popolazione di mitocondri, all’interno della quale avviene la selezione naturale intracellulare, nel corso della quale questa popolazione cambia.
Fino ad oggi non esiste un’ipotesi comunemente accettata, perché le delezioni si formano nel genoma mitocondriale ed è normale nella fase di invecchiamento.
Gli specialisti del Centro di ricerca sul genoma dell’Università federale baltica Immanuel Kant insieme a colleghi russi e stranieri hanno cercato di studiare i meccanismi molecolari di questo fenomeno.
L’oggetto della loro ricerca è diventato la parte del genoma mitocondriale, che a causa delle peculiarità della replicazione del DNA è più spesso a singolo filamento (normalmente il DNA è a doppio filamento e avvolto, mentre durante la replicazione per un certo tempo si svolge e diventa a singolo filamento).
Hanno analizzato le informazioni su oltre 1300 delezioni dal database MitoBreak e hanno scoperto che tali mutazioni erano diffuse nel genoma in modo non uniforme, ma erano concentrate in un punto particolare.
Cosa rende questo posto così particolare? Perché è così fragile e predisposto alle cancellazioni? Gli scienziati hanno cercato di rispondere a queste domande vitali e interessanti nel loro lavoro.
“Qui abbiamo trovato un anello su larga scala, che forma una struttura simile a una forcina con le regioni di contatto tra le coppie di nucleotidi delle parti 6-9 e 13-16 kb. Emerge dal fatto che queste due regioni del mtDNA sono molto vicine durante la replicazione, e a causa dell’esistenza di frammenti simili all’interno di queste regioni possono correlarsi tra loro”, – spiega Victor Shamansky, studente post-laurea, ricercatore junior del Centro di ricerca sul genoma.
Le duplicazioni (frammenti simili) nel DNA in generale sono considerate “punti caldi” per le mutazioni, come le delezioni: gli enzimi, che raddoppiano le catene del DNA, possono facilmente “scivolare” e commettere un errore nel processo di replicazione.
Tuttavia, come affermano gli autori, nel caso del genoma mitocondriale non possono essere considerati i principali generatori di perdita di informazioni ereditarie.
Come ha dimostrato la modellazione computerizzata, c’è un altro fattore, quello strutturale, che influenza l’emergere di delezioni tre volte maggiori.
“Nel processo di sintesi dei filamenti figli, la catena madre originale si svolge, in modo che gli enzimi possano muoversi lungo di essa, ma queste regioni di ripetizione si legano l’una con l’altra. La forma del DNA mitocondriale può ricordare “il simbolo di eternità”, con zone di contatto tra due sue parti, con alcuni punti che si piegano più facilmente e altri più duramente”, – dice Konstantin Popadin, biologo, studioso senior del Centro di ricerca sul genoma.
Le conclusioni fatte possono aiutare a prevedere i rischi di alcune malattie connesse con mutazioni del mtDNA, comprese quelle legate all’invecchiamento.
Oggi gli scienziati del Centro di ricerca sul genoma dell’Università federale baltica Immanuel Kant stanno lavorando per diffondere i risultati ottenuti nella ricerca su vari aplogruppi – la raccolta (cluster) di nucleotidi, ereditati dal mutuo predecessore, ad esempio, nella particolare area.
Gli autori stanno elaborando una concezione unificata, il cui obiettivo è la rivelazione di aree fragili nel genoma mitocondriale di ciascun uomo, in altre parole l’analisi individuale del rischio di formazione di delezioni, che possono essere ulteriormente trattate con l’aiuto di metodi di terapia genica.
