Il Ruolo e l'Evoluzione del 6mA nel DNA

Il DNA è composto da quattro mattoncini principali conosciuti come nucleobasi. Modificare queste nucleobasi può cambiare il funzionamento del DNA. Una delle modifiche su cui si concentrano i ricercatori è l'aggiunta di un gruppo metile a una parte specifica di una delle nucleobasi, la citosina. Questa forma modificata si chiama 5mC. Negli organismi con cellule complesse, noti come eucarioti, questa modifica è molto comune e ha molti ruoli, come controllare elementi che possono muoversi nel genoma e regolare i geni.

Esistono anche altri tipi di modifiche, come l'idrossimetiluracile trovato in alcuni organismi unicellulari o la cosiddetta "base J" in alcuni altri. Mentre il 5mC è la forma principale di modifica del DNA negli organismi complessi, un'altra forma, 6-metiladenina (6mA), è stata scoperta in vari tipi di organismi, tra cui animali, piante, funghi, alghe e altre creature unicellulari. Tuttavia, misurare i livelli di 6mA può essere difficile perché spesso sono molto bassi, portando a dibattiti su se sia realmente presente in molti di questi organismi.

Gli scienziati si sono trovati di fronte a sfide nel misurare accuratamente il 6mA a causa di problemi come quelli con gli anticorpi usati per la rilevazione, contaminazione da DNA batterico, contaminazione da RNA e errori nell'analisi dei dati. Nonostante questi ostacoli, alcuni organismi come i ciliati, alcuni funghi e una particolare alga verde chiamata Chlamydomonas reinhardtii mostrano livelli significativi di 6mA. A causa di campionamenti incompleti di diverse specie e prove contrastanti da vari studi, la nostra comprensione di dove si trovi il 6mA e come si è evoluto è ancora limitata.

#Approfondimenti dai Ciliati

I ciliati, un gruppo di organismi unicellulari, hanno fornito preziose informazioni su come funziona il 6mA nel DNA degli organismi complessi. Nei ciliati, gli enzimi responsabili dell'aggiunta del gruppo metile sono diversi dai soliti Metiltransferasi del DNA. Questi enzimi appartengono a una famiglia specifica chiamata MT-A70. L'enzima principale responsabile dell'aggiunta di 6mA nei ciliati si chiama AMT1. Questo enzima lavora con altri enzimi accessori, ma questi partner non svolgono la metilazione da soli.

Nei ciliati, due proteine note come p1 e p2 assistono anche AMT1 nel mirare al DNA. In questi organismi, il 6mA si trova principalmente in alcune sequenze di DNA chiamate dinucleotidi ApT. Si crede che AMT1 si leghi al DNA che è già stato parzialmente modificato, simile a come un altro enzima, DNMT1, mantiene il 5mC in sequenze specifiche attraverso le divisioni cellulari.

È interessante notare che, nei ciliati e in alcuni altri organismi, il 6mA si trova spesso in regioni di DNA vicine a dove i geni vengono trascritti attivamente. Questa situazione contrasta con ciò che vediamo in molti animali, dove il 6mA sembra essere legato al silenziamento di elementi genetici mobili. In generale, il 6mA potrebbe svolgere varie funzioni, simile al 5mC, ma la nostra conoscenza incompleta di diversi gruppi di organismi limita la nostra comprensione di come funziona e si evolve il 6mA.

#L'Evoluzione dei Metiltransferasi

Per chiarire come siano evoluti gli enzimi responsabili del 6mA, i ricercatori hanno esaminato un gran numero di genomi eucariotici. Hanno scoperto che AMT1 probabilmente è originato all'inizio della storia degli eucarioti. Analizzando vari genomi, i ricercatori hanno creato un albero genealogico dei metiltransferasi MT-A70, rivelando che questi enzimi sono stati ereditati da un unico antenato nei primi stadi dell'evoluzione eucariotica. Questo suggerisce che la famiglia MT-A70 non ha subito tanti cambiamenti rispetto ad altri gruppi di enzimi, come quelli responsabili del 5mC.

Lo studio di questi metiltransferasi rivela che la loro presenza in vari organismi è probabilmente il risultato di eventi avvenuti prima dell'ultimo antenato comune degli eucarioti. C'è un modello di conservazione e perdita lungo la storia eucariotica, che indica che mentre alcuni enzimi sono rimasti, altri sono stati persi nel tempo. Alcune specie hanno mantenuto più famiglie di questi enzimi, mentre altre le hanno perse del tutto.

I ricercatori hanno anche notato che AMT1 è costantemente trovato in organismi che mostrano alti livelli di 6mA, suggerendo che la presenza di questo enzima sia importante per mantenere quantità significative di questa modifica. Tuttavia, esistono eccezioni, indicando una storia evolutiva complessa per questi metiltransferasi.

#Indagare il 6mA nei Genomi

Per esplorare ulteriormente quali organismi abbiano livelli rilevabili di 6mA, i ricercatori si sono concentrati su specie con dati genetici di alta qualità. Hanno trovato che il 6mA si trova principalmente in organismi che codificano AMT1 mentre è assente in quelli che non lo fanno. Lo studio ha incluso una vasta gamma di gruppi eucariotici.

Grazie a tecniche di sequenziamento avanzate, i ricercatori sono stati in grado di produrre mappe dettagliate della distribuzione di 6mA e 5mC nei genomi. Queste mappe hanno mostrato che la quantità di 6mA varia notevolmente tra le specie, con alcune che contengono livelli molto alti di 6mA.

Lo studio ha anche scoperto che il 6mA si trova principalmente in un contesto sequenziale di DNA specifico, in particolare in aree di DNA associate all'espressione genica. È interessante notare che i geni più attivamente trascritti tendevano ad avere livelli più alti di 6mA, suggerendo un legame tra questa modifica e l'attività genica.

#Differenze tra 5mC e 6mA

Poiché il 5mC è un'altra forma ben nota di modifica del DNA negli organismi eucariotici, i ricercatori hanno esaminato come si relazioni al 6mA. Hanno trovato che non c'è un modello coerente di coesistenza tra queste due modifiche. Alcune specie mostrano alti livelli di 6mA senza quantità significative di 5mC, mentre altre mostrano il contrario.

Questa variabilità indica che 6mA e 5mC probabilmente svolgono funzioni diverse nel genoma. Ad esempio, alcune specie sembrano usare il 6mA per arricchire i geni espressi mentre confinano il 5mC principalmente a regioni non espresse, suggerendo che queste due modifiche potrebbero potenzialmente lavorare contro di esse nella regolazione dell'espressione genica.

Un'osservazione interessante è stata che in alcune specie, la presenza di 5mC era correlata a livelli più bassi del gene trascritto, mentre il 6mA era associato a un'espressione attiva. Al contrario, in altri organismi, i livelli di 6mA non sembravano correlati alla trascrizione genica nello stesso modo.

#Il Ruolo dei Nuclei

I nucleosomi sono unità strutturali del DNA avvolte attorno a proteine, servendo come componenti cruciali della cromatina. I ricercatori volevano capire come il 6mA influenzi il posizionamento dei nucleosomi nel genoma. Hanno scoperto che nelle specie in cui AMT1 è presente, c'è un modello evidente di 6mA in relazione ai nucleosomi, in particolare in aree collegate alla trascrizione genica.

Nei ciliati, ad esempio, quando AMT1 è mutato, i modelli di Nucleosoma diventano meno organizzati, indicando un possibile ruolo per il 6mA nel mantenimento della struttura di queste unità genetiche. Tuttavia, non tutti gli organismi studiati hanno mostrato questa relazione.

Guardando le modifiche agli istoni, in particolare H3K4me3 e H3K27ac, i ricercatori hanno scoperto che le regioni con alti livelli di 6mA spesso coincidevano con aree ricche in questi segni di istoni, specialmente vicino ai siti di inizio trascrizione. Questo suggerisce che il 6mA potrebbe essere importante per mantenere l'attività genica, ma la relazione esatta varia tra diversi organismi.

#Conclusione

Lo studio ha messo in evidenza la diffusione del 6mA come modifica importante del DNA negli eucarioti, risalendo le sue origini a antenati antichi. La ricerca ha incluso una gamma diversificata di specie, confermando che il 6mA e il suo percorso associato erano probabilmente presenti in un antenato comune degli eucarioti.

Mentre sia il 6mA che il 5mC svolgono ruoli importanti nella funzione del genoma, sembrano avere storie evolutive e funzioni distinte. Il 6mA sembra essere strettamente legato alla trascrizione genica, mentre il 5mC ha ruoli più vari, incluso il silenziamento di elementi che possono muoversi all'interno del genoma.

In generale, i risultati suggeriscono che l'evoluzione delle modifiche del DNA negli eucarioti è complessa e può variare ampiamente tra specie diverse. L'esplorazione continua di queste modifiche continuerà a fare luce su come contribuiscono alla regolazione dei geni e alla funzionalità complessiva del materiale genetico.

Man mano che espandiamo la nostra comprensione del 6mA e delle modifiche simili, la ricerca futura potrebbe ulteriormente chiarire i loro ruoli nella regolazione genica e in che modo potrebbero differire tra vari organismi.