Per riparare i danni al DNA, le piante hanno bisogno di buoni appaltatori

Per riparare i danni al DNA, le piante hanno bisogno di buoni appaltatori

LA JOLLA—Quando un edificio subisce danni, un appaltatore generale spesso supervisiona vari subappaltatori (carpentieri, elettricisti, idraulici e installatori di cartongesso) per garantire che le riparazioni vengano eseguite nell'ordine corretto e nei tempi previsti.

Allo stesso modo, quando il DNA è danneggiato, un appaltatore generale molecolare supervisiona una rete di subappaltatori genetici per garantire che le diverse attività cellulari necessarie per proteggere e riparare il genoma vengano eseguite correttamente e nei tempi previsti.

Gli scienziati sanno da tempo che un gene master chiamato SOG1 agisce come un appaltatore generale per la riparazione, coordinandosi con vari subappaltatori genetici della cellula vegetale per mettere in atto una risposta efficace al danno al DNA. Tuttavia, non era chiaro quali geni specifici fossero tra i subappaltatori, né come SOG1 interagisse con essi per supervisionare la risposta al danno al DNA.

Ora, i ricercatori del Salk Institute hanno scoperto quali geni vengono attivati o disattivati, e in quale ordine, per orchestrare i processi cellulari necessari per proteggere e riparare il genoma in risposta al danno al DNA. La ricerca, pubblicata sulla rivista Atti della National Academy of Sciences nella settimana del 10 ottobre 2018, rivela il quadro genetico che controlla un complesso processo biologico che ha ampie implicazioni per la comprensione di come le piante in particolare, e gli organismi in generale, affrontano i danni al DNA per garantire salute e forma fisica a lungo termine.

"Così come un edificio con danni strutturali può essere pericoloso, le cellule con danni al DNA che passano inosservati o non riparati possono essere pericolose", afferma il professore associato Giulia Legge, autore senior dell'articolo. "Tuttavia, la tempistica e il coordinamento generale degli eventi che si verificano dopo il rilevamento del DNA danneggiato rimangono poco compresi. SOG1 agisce come un microgestore, indirizzando direttamente ogni subappaltatore verso un compito, oppure ha un ruolo più disinteressato? Questo articolo ci avvicina di un passo alla comprensione di come la risposta al danno al DNA sia coordinata nel tempo per mantenere la stabilità del genoma."

Per comprendere meglio le dinamiche della regolazione genica durante la risposta al danno del DNA e per determinare i ruoli diretti di SOG1 in questa risposta, Law e il suo team hanno condotto una serie di esperimenti in Arabidopsis thaliana, un'erbaccia comunemente usata per la ricerca genetica. Hanno coltivato due serie di Arabidopsis piantine: un set era normale; l'altro set conteneva una versione mutata del gene SOG1, rendendolo non funzionale.

Il team ha esposto entrambi i gruppi di piante a forti radiazioni ionizzanti per generare rotture del doppio filamento del DNA. Hanno poi analizzato i cambiamenti nell'espressione genica rispetto ai controlli non irradiati in sei momenti temporali, compresi tra 20 minuti e 24 ore. Hanno scoperto che l'espressione di circa 2,400 geni aumentava o diminuiva in risposta al danno al DNA durante quel periodo di tempo, quasi tutti dipendenti dalla presenza di SOG1. Tuttavia, hanno scoperto che solo circa 200 geni, ovvero circa l'8%, erano attivati direttamente da SOG1, il che ha rivelato il primo strato di una complessa rete di regolazione genica e ha dimostrato che SOG1 sta assumendo un ruolo di supervisione più "indiretto".

Per comprendere il funzionamento di questi circa 2,400 geni, il gruppo di Law ha inserito i dati in un software chiamato DREM, che identifica i geni con modelli di espressione simili nell'intero periodo di 24 ore dello studio. Ciò ha portato all'identificazione di 11 gruppi di geni che agiscono su scale temporali diverse e svolgono ruoli noti o previsti in diversi aspetti della risposta delle piante al danno al DNA.

"È entusiasmante avere maggiore chiarezza sulle specifiche reti e sottoreti geniche coinvolte nella risposta al danno del DNA, nonché sulla loro tempistica, cosa che non era mai stata fatta prima", afferma Law.

Oltre a fornire informazioni sulle strategie per migliorare la salute delle colture mantenendo la stabilità del genoma, questo lavoro potrebbe anche far luce su aspetti conservati della risposta al danno del DNA in altri organismi, poiché ci sono molti parallelismi tra SOG1 e un gene negli animali che ha una funzione simile di "appaltatore generale": il gene p53, un soppressore tumorale noto per il suo ruolo nella lotta al danno del DNA per prevenire il cancro.

Successivamente, il laboratorio intende studiare il ruolo dei nuovi fattori implicati nella risposta al danno del DNA in base ai loro profili di espressione e continuare a esplorare la rete di geni direttamente o indirettamente controllati da SOG1.

Tra gli altri autori dell'articolo figurano Clara Bourbousse e Neeraja Vegesna di Salk.

Il lavoro è stato finanziato dalla Rita Allen Foundation, dalla Hearst Foundation, da una borsa di studio della Catharina Foundation, dalla Jesse and Caryl Philips Foundation, dalla Glenn Foundation for Medical Research, dalla Chapman Foundation e dall'Helmsley Charitable Trust.