Brave New World of Gene Manipulation in Human Brain

Negli ultimi anni gli scienziati hanno scoperto pezzi mobili di materiale genetico che si muovono all'interno delle cellule. Questi pezzi sono chiamati retrotrasposti. Possono copiare se stessi e inserirsi vicino e dentro il DNA e quindi indurre mutazioni. La ricerca australiana recentemente riportata nella rivista Nature rivela che i retrotrasposoni possono alterare il genoma delle cellule cerebrali umane. Infatti, i retrotrasposoni penetrano più efficacemente nei geni dei neuroni rispetto a quelli delle cellule del sangue che sono stati usati per il confronto. Migliaia di mutazioni retrotrasposone sono state osservate in due delle cinque aree esaminate da cervelli di donatori post-mortem umani.

Sebbene questi pezzi di DNA non siano geni, interagiscono con geni che saltellano su diversi siti all'interno di un cromosoma (forse avete sentito parlare della scoperta vincitrice del premio Nobel nel 1983 di Barbara McClintok per "saltare i geni"). Tutte le cellule hanno enzimi che tagliano i transposoni da una stringa di DNA, che quindi si inseriscono nuovamente in altre posizioni nel DNA. A volte il taglio include un gene adiacente insieme al trasposone, e quindi quando si verifica il reinserimento il gene fa autostop lungo la nuova posizione. Il salto in giro non è casuale; si verifica preferenzialmente in regioni attive che codificano le proteine, anche a volte in un cromosoma diverso. Il potenziale per cambiare funzione è enorme, tuttavia non sappiamo quali conseguenze funzionali si verifichino. Sappiamo che il processo è più comune negli umani e nei primati superiori.

Sappiamo da tempo che tutte le cellule sono influenzate da effetti epigenetici; cioè, gli eventi nell'ambiente possono alterare il genoma. Il meccanismo potrebbe ben coinvolgere i retrotrasposoni. La manipolazione genica può essere particolarmente efficace per alterare l'apprendimento e la memoria. Potrebbe non essere un caso che le mutazioni retrotrasposoni siano state osservate nell'ippocampo umano, nella regione del cervello più direttamente coinvolta nella formazione di memorie e in quella parte del cervello dove nascono continuamente nuove cellule negli adulti. La memoria degli eventi appresi deriva da cambiamenti più o meno duraturi nelle giunzioni (sinapsi) tra le cellule nei circuiti che hanno elaborato l'apprendimento. Questi cambiamenti duraturi sono resi possibili dalla nuova produzione di proteine ​​in quelle sinapsi. Quella proteina è sotto controllo genetico (quindi una memoria può essere sostenuta perché i geni possono sostituire qualsiasi proteina che degrada nel tempo).

Aldous Huxley, 1894-1963

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Le implicazioni di questa scoperta per l'apprendimento e la memoria – e le funzioni cerebrali in generale – sono inestimabili. Ancora più importante, ed è qui che entra in gioco il "Brave New World", ci dovrebbe essere il potenziale per manipolare le funzioni geniche in modi prevedibili e duraturi usando trasposoni sintetici (che dovrebbero essere facili da produrre). Il trasporto di retrotrasposoni sintetici nei neuroni potrebbe essere ottenuto confezionandoli con un virus innocuo; le basi della tecnologia della "trasfezione" sono già ben consolidate. La parte difficile sarà scoprire quali sono i trasposoni che producono i cambiamenti desiderati nella funzione cerebrale. Ma sembra ragionevole testare vari retrotrasposoni nella speranza che alcuni possano essere trovati che aiuteranno a cementare o magnificare i ricordi e forse altri che cancellano i ricordi indesiderati, come accade nella sindrome da stress post-traumatico. Esiste tuttavia un potenziale lato negativo. Alcuni retrotrasposoni possono essere una causa del cancro.

Fonte:

Baillie, JK, et al. (2011) La retrotrasposizione somatica altera il paesaggio genetico del cervello umano. Natura. 479: 534-537.

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