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'Geni saltellanti' possono contribuire ai difetti cerebrali legati all'invecchiamento
Con l'invecchiamento del corpo, gli effetti fisici sono notevoli; appaiono rughe sulla pelle, lo sforzo fisico diventa più difficile. Ma avvengono anche processi meno visibili. Dentro il cervello che invecchia insorge un altro fenomeno, che può dare un contributo ai difetti cerebrali legati all'età.
In un articolo pubblicato sulla rivista Nature Neuroscience, Joshua Dubnau professore associato del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) e colleghi, dimostrano che i cosiddetti "geni saltellanti", o trasposoni, aumentano di quantità e attività nel cervello dei moscerini della frutta quando invecchiano.
 Scansione elettromicrografica di un moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) con gli occhi colorati artificialmente. Una interpretazione artistica, che utilizza una immagine sovrapposta, che mostra dove si attivano i trasposoni nel cervello del moscerino della frutta, come indicato dal colore verde emesso da un marcatore fluorescente. (Credit: Image courtesy Josh Dubnau) |
Scoperti in origine al CSHL dal professor Barbara McClintock mentre lavorava sul mais nel 1940, i trasposoni sono di solito delle sequenze ripetute di DNA che si inseriscono nel DNA di un animale o vegetale.
Il soprannome "geni saltellanti" deriva dal fatto che, quando si attivano possono reinserirsi, o spostarsi, in un'altra parte del genoma. Nel farlo, si ritiene che inducano delle variazioni nella funzione genetica oppure, soprattutto nella linea germinale, producano difetti dirompenti e potenzialmente fatali.
Geni saltellanti nel cervello dei moscerini della frutta
La durata media della vita di un moscerino della frutta può essere misurata in giorni, tra 40 e 50. Ma sono un modello potente per arrivare alla genetica di cose come l'invecchiamento e le funzioni cerebrali, compresa la memoria.
L'interesse di Dubnau è stato suscitato da un esperimento in cui il suo gruppo ha dimostrato che, la perturbazione dell'attività di una proteina chiamata Ago2 (Argonaute 2), è accompagnata dallo stesso problema nella memoria a lungo termine, testata dalla risposta all'odore indotta da condizionamento Pavolviano. "Questo è un difetto neurodegenerativo che diventa sempre più evidente con l'invecchiamento dei moscerini", osserva Dubnau.
Dal momento che l'Ago2 è coinvolto nella protezione dall'attività del trasposone nel moscerino della frutta, Dubnau e i colleghi nel suo laboratorio, tra cui Wanhe Li e Lisa Prazak, sono stati costretti a cercare i trasposoni. Sebbene i trasposoni abbiano dimostrato di essere attivi durante lo sviluppo normale del cervello, sono silenziati subito dopo. Ciò implica che abbiano un certo ruolo funzionale nella fase di sviluppo.
Quando il gruppo di Dubnau ha cercato i trasposoni, ha scoperto che c'è un marcato aumento del loro livello nelle cellule cerebrali, o neuroni, dai 21 giorni di età, nei normali moscerini della frutta. Hanno osservato il livello che aumentava progressivamente con l'età. Questi trasposoni, compreso uno in particolare chiamato gypsy [=zingaro], erano molto attivi, saltando da un punto all'altro nel genoma.
Quando hanno impedito all'Ago2 di essere espresso nel moscerino della frutta, i trasposoni si sono accumulati in età molto più precoce. Infatti il livello dei trasposoni nei moscerini giovani senza Ago2, era equivalente a quello di animali normali molto più anziani, e aumentavano ulteriormente con l'invecchiamento dei moscerini senza Ago2.
Ad accompagnare questo accumulo di trasposoni ci sono difetti di memoria a lungo termine, che rispecchiano quelli presenti di solito in moscerini molto più vecchi, così come una durata di vita molto ridotta. "In sostanza i moscerini senza Ago2 non hanno memoria a lungo termine nel momento in cui hanno 20 giorni di età, mentre le mosche normali hanno una normale memoria a lungo termine alla stessa età", scrive Dubnau.
In un articolo precedente, il laboratorio di Dubnau, in collaborazione con Molly Hammell, Professore Assistante del CSHL, ha stabilito una connessione tra i trasposoni e malattie neurodegenerative devastanti come la SLA (sclerosi laterale amiotrofica, o morbo di Lou Gehrig) e la FTLD (degenerazione lobare frontotemporale). Il legame è la proteina TDP-43, della quale hanno dimostrato la capacità di controllare l'attività dei trasposoni.
Presi insieme con i risultati del nuovo studio del suo gruppo, Dubnau ipotizza che una "tempesta di trasposoni" possa essere responsabile della neurodegenerazione correlata all'età e alla patologia presente in alcune patologie neurodegenerative.
Tuttavia, gli studi che ha fatto finora non affrontano il problema se i trasposoni sono la causa o un effetto dei difetti cerebrali legati all'invecchiamento. "Il prossimo passo sarà attivare i trasposoni manipolando geneticamente i moscerini della frutta per vedere se sono una causa diretta della neurodegenerazione", dichiara Dubnau.
La ricerca è stata finanziata da: National Institutes of Health, DART Neurosciences LLC, Shakespeare Fellowship e Fondazione Ernst Göhner.
Fonte: Cold Spring Harbor Laboratory.
Riferimento: Wanhe Li, Lisa Prazak, Nabanita Chatterjee, Servan Grüninger, Lisa Krug, Delphine Theodorou, Josh Dubnau. Activation of transposable elements during aging and neuronal decline in Drosophila. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3368.
Pubblicato in Science Daily il 7 Aprile 2013 - Traduzione di Franco Pellizzari.
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