Scienziati dei NIH hanno dimostrato che antichi geni retrovirali ('DNA spazzatura') possono avere un ruolo nell'aiutare le cellule staminali a decidere di diventare neuroni. (Foto: Nath lab)

Per ogni cellula del corpo arriva un momento in cui deve decidere cosa vuole fare per il resto della sua vita. In un articolo pubblicato sulla rivista PNAS, i ricercatori dei NIH segnalano per la prima volta che gli antichi geni virali che una volta erano considerati 'DNA spazzatura' possono avere un ruolo in questo processo.

L'articolo descrive una serie di esperimenti preclinici che hanno dimostrato che alcuni geni di retrovirus endogeni umani (HERV-K, human endogenous retrovirus), inscritti nei cromosomi 12 e 19, possono aiutare a controllare la differenziazione, o maturazione, di cellule staminali umane nei miliardi di neuroni che sono cablati nel nostro sistema nervoso. Gli esperimenti sono stati eseguiti dai ricercatori nel laboratorio di Avindra Nath MD al National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) dei NIH.

Nel corso dell'evoluzione, il genoma umano ha assorbito migliaia di geni di retrovirus endogeni umani. Di conseguenza, quasi l'8% del DNA che delinea i nostri cromosomi comprende i resti di questi geni. Anche se una volta si pensava che fossero inattivi, o 'spazzatura', studi recenti hanno dimostrato che questi geni possono essere coinvolti nello sviluppo umano embrionale, nella crescita di alcuni tumori, e nei danni al sistema nervoso durante la sclerosi multipla.

In precedenza, i ricercatori del laboratorio del dott. Nath avevano dimostrato che la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) può essere legata all'attivazione del gene HERV-K. In questo studio, condotto da Tongguang (David) Wang MD/PhD, scienziato interno del NINDS, il team ha dimostrato che la disattivazione del gene potrebbe permettere alle cellule staminali di diventare neuroni.

I ricercatori hanno effettuato la maggior parte degli esperimenti sulle cellule del sangue, provenienti da volontari sani del Centro Clinico dei NIH, che hanno trasformato geneticamente in cellule staminali pluripotenti indotte, in grado di trasformarsi poi in qualsiasi tipo di cellula del corpo.

Hanno scoperto, con loro sorpresa, che le superfici delle cellule staminali erano accompagnate da alti livelli di HERV-K, il sottotipo HML-2, una proteina di rivestimento, che spesso i virus  usano per agganciare e infettare le cellule. Queste proteine ​​scomparivano progressivamente mentre le cellule ricevevano due giri di 'cocktail'.

Il primo ha spinto le cellule in uno stato intermedio di cellule staminali neurali, seguito dal secondo ciclo che ha spinto le cellule a diventare infine neuroni. I ricercatori hanno accelerato questo processo spegnendo i geni HERV-K HML-2 nelle cellule staminali o trattando le cellule con anticorpi contro la proteina HML-2. Al contrario, hanno ritardato il differenziamento neurale sovraccaricando artificialmente le cellule con geni HML-2.

Infine, il team ha scoperto che le interazioni sulla superficie delle cellule staminali tra HML-2 e un'altra proteina delle cellule immunitarie chiamata CD98HC può frenare la differenziazione innescando reazioni chimiche interne note per controllare la crescita delle cellule e i tumori. In futuro, il team ha in programma di esplorare come i geni HERV-K possono modellare il cablaggio del sistema nervoso.