Il DNA non fluttua liberamente nella cellula. Al contrario, è avvolto attorno a proteine istoniche a formare strutture chiamate nucleosomi. Questi istoni presentano numerose modificazioni chimiche che agiscono come segnali molecolari, controllando il grado di compattazione del DNA e l’attivazione dei geni. Durante la divisione cellulare, questo complesso DNA-istoni, noto come cromatina, deve essere ulteriormente condensato in cromosomi compatti a forma di bastoncino. Le modificazioni degli istoni svolgono un ruolo chiave in questo processo: cambiano significativamente durante la condensazione e regolano la trasformazione della cromatina.
Per la prima volta, i ricercatori hanno tracciato con precisione come cambiano i marcatori molecolari sulle proteine del DNA durante la divisione cellulare, smentendo così un’ipotesi a lungo sostenuta.
Un team di ricerca internazionale guidato dal professor Axel Imhof del Centro Biomedico della LMU e dal professor William Earnshaw (Università di Edimburgo) ha analizzato questi cambiamenti durante la divisione cellulare con una precisione senza precedenti. A tal fine, i ricercatori hanno sviluppato un metodo innovativo che sincronizza la divisione delle popolazioni cellulari. Hanno quindi utilizzato la spettrometria di massa ad alta risoluzione per registrare con precisione i cambiamenti nelle modificazioni degli istoni durante la divisione cellulare. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Molecular Cell .
Tre diversi programmi di fosforilazione
I loro risultati dimostrano che alcune modifiche chimiche non avvengono in modo casuale, ma seguono una chiara sequenza temporale. La fosforilazione degli istoni , ovvero l’aggiunta di gruppi fosfato agli istoni, si svolge secondo tre programmi distinti.
Il processo inizia con la fosforilazione di H3S10, che si diffonde rapidamente su quasi tutta la cromatina, raggiungendo un arricchimento pressoché completo. Segue una fosforilazione transitoria di H3T3, che compare più tardi e si verifica principalmente nelle regioni del genoma densamente popolate e povere di geni. Infine, la fosforilazione di H3S28 segue un proprio schema temporale distinto.
L’ipotesi precedente è stata smentita.
Inoltre, i risultati confutano un’ipotesi ampiamente diffusa. Si è a lungo pensato che la rimozione di alcuni gruppi chimici dagli istoni fosse una fase cruciale nella compattazione del DNA. Nelle cellule esaminate in questo studio, non è stato osservato alcun effetto di questo tipo. Al contrario, il livello della corrispondente modificazione è rimasto sostanzialmente costante, un’indicazione chiara, secondo gli autori, che i risultati precedenti erano artefatti delle condizioni sperimentali utilizzate negli studi precedenti.
“Il nostro studio fornisce il quadro più preciso e completo finora disponibile su come le modificazioni degli istoni siano orchestrate durante la mitosi”, afferma Imhof. “Molti processi seguono uno schema temporale preciso. Allo stesso tempo, dobbiamo riconsiderare alcune ipotesi precedenti. Il codice degli istoni durante la mitosi è molto più finemente regolato e coordinato di quanto pensassimo.”
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