Il ruolo dei telomeri nell’assemblaggio nucleare post-mitotico
Il genoma, che contiene le istruzioni del DNA per la creazione di un organismo, è conservato nel nucleo della cellula. L’involucro nucleare, una membrana che circonda il nucleo e lo separa dal resto della cellula, svolge un ruolo fondamentale nell’organizzazione efficiente del genoma. Il genoma stesso comprende cromosomi lineari che trasportano il carico genetico, ciascuno «chiuso» da strutture protettive chiamate telomeri, che funzionano come un orologio molecolare. Essi segnano il processo di invecchiamento in quanto si accorciano man mano che le cellule si dividono, fino a raggiungere una dimensione critica in cui la divisione cellulare si arresta. Il progetto TeloHOOK, finanziato dall’UE, si è posto l’obiettivo di studiare il ruolo che i telomeri potrebbero svolgere nella distribuzione dei cromosomi all’interno del nucleo delle cellule umane, e quindi il loro impatto sull’invecchiamento e sulle malattie. Nel ruolo di coordinatrice del progetto, Laure Crabbe spiega: «In organismi come il lievito e i vermi, i telomeri sono «ancorati» all’involucro nucleare. Non era chiaro se questo accadesse anche negli esseri umani e con quale impatto.» TeloHOOK ha sviluppato una nuova tecnica, MadID, per mappare le interazioni proteina-DNA, aiutando il team a identificare le proteine coinvolte nel legame dei telomeri con l’involucro nucleare. Una linea cellulare geneticamente modificata ha poi permesso al team di seguire al microscopio la dinamica dei telomeri e di modellizzarla al computer. «Queste tecniche ci hanno permesso di scoprire un ruolo finora sconosciuto che i telomeri svolgono nella mitosi cellulare e di far luce su ciò che accade quando le cose vanno male», riassume Crabbe precedentemente del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica, sede del progetto. MadID è ora disponibile per la comunità di ricerca, insieme ai plasmidi necessari.
Rilevare le proteine rivelatrici
TeloHOOK era particolarmente interessato a capire come l’interazione tra i telomeri e l’involucro nucleare della cellula influenzasse la mitosi o la divisione cellulare, in particolare una fase chiamata «assemblaggio nucleare post-mitotico». L’identificazione della metil-adenina (MadID) appena sviluppata dal team è stata mappata per la prima volta in siti di contatto telomero-involucro nucleare ad alta risoluzione. Con l’aiuto della spettrometria di massa, il team ha poi identificato le proteine specifiche coinvolte nell’interazione telomero-involucro nucleare e quelle che sembravano collegate ai telomeri durante l’assemblaggio nucleare post-mitotico. Per esplorare in dettaglio l’organizzazione dei telomeri nel nucleo, il team ha utilizzato una combinazione di microscopia a cellule vive a super-risoluzione e la modellizzazione 3D. Gli studiosi hanno usato la CRISPR-Cas9 per etichettare una proteina che si lega specificamente ai telomeri, con una sonda fluorescente, rendendo i telomeri rintracciabili nelle cellule vive mediante microscopia confocale Airyscan. La possibilità di seguire i loro movimenti ha permesso ai ricercatori di studiare e modellizzare il loro funzionamento. «Abbiamo scoperto che dopo la rottura dell’involucro nucleare della cellula per liberare i cromosomi durante la mitosi, i telomeri sembrano guidare il riassemblaggio dell’involucro nucleare», spiega Crabbe. Il team era anche interessato a capire cosa succede quando l’integrità dell’involucro nucleare è compromessa e quindi si è soffermato sulla sindrome da invecchiamento precoce, HGPS (sindrome di progeria di Hutchinson-Gilford). «Abbiamo visto come la disorganizzazione dei telomeri nel nucleo comprometta la manutenzione cellulare, accelerando l’accorciamento dei telomeri, che provoca gli aspetti biologici dell’invecchiamento, normalmente sperimentati più tardi», aggiunge Crabbe.
Il futuro di un approccio ad alto rischio ma ad alte potenzialità
Un genoma organizzato in modo che le sue istruzioni possano essere lette correttamente è un prerequisito per la funzione cellulare in qualsiasi tessuto di qualsiasi organismo vivente. Oltre al contributo alla ricerca di base, i risultati di TeloHOOK hanno implicazioni nella ricerca sull’invecchiamento e sulle possibilità di trattamento del cancro e delle malattie genetiche rare, come la HGPS. Crabbe suggerisce di studiare ulteriormente alcune delle proteine identificate nel processo di screening e i meccanismi alla base della loro interazione con i telomeri. Si domanda la ricercatrice: «Ad esempio, per i telomeri che si legano a una proteina dell’involucro nucleare durante l’assemblaggio nucleare postmitotico, cosa succede se la proteina è impoverita o sovraespressa? Non lo sappiamo.»
Parole chiave
TeloHOOK, telomero, cromosoma, genetica, cellula, nucleo, mitosi, sindrome di progeria di Hutchinson-Gilford, genoma, DNA, invecchiamento, cancro
