18 agosto 2018
Aggiornato 20:00

Scoperta incredibile: il DNA umano ha una forma diversa e misteriosa

Una scoperta che potrebbe per sempre ribaltare la nostra concezione della medicina e della biologia. Ecco la misteriosa forma del DNA
Gli i-motif del DNA
Gli i-motif del DNA (Screenshot da Live Science)

Lo conosciamo tutti con il nome di DNA, è l’acido desossiribonucleico, una sostanza presente in tutte le forme di vita e che contiene le informazioni genetiche che permettono la sintesi di RNA e proteine, ovvero delle molecole indispensabili al funzionamento degli esseri viventi che popolano questo pianeta. Quando pensiamo al DNA, tuttavia, ci vengono subito alla mente le classiche rappresentazioni che si trovano nei libri di scuola: la famosa doppia elica intrecciata che contiene diversi scalini. A quanto pare, però, alcuni scienziati ritengono che le cose non stanno proprio così. Ecco la scoperta che potrebbe ribaltare tutte le conoscenze che abbiamo avuto fino a oggi.

Il primo DNA
La prima volta che uno scienziato riuscì a isolare il DNA fu nel lontano 1869, grazie a un biochimico svizzero di nome Friedrich Miescher. A quei tempi, però, fu ribattezzato con il nome di nucleina a causa del fatto che la molecola scoperta si trovava proprio nel nucleo. Nel 1919 un altro scienziato, di nome Phoebus Levene, riuscì a evidenziare la struttura del nucleotide: aveva una base azotata, uno zucchero e un fosfato. Qualche piccolo passo avanti si ottenne nel 1937, momento in cui William Astbury riuscì a dimostrare come il DNA possedesse una struttura piuttosto regolare. Prima del 1953, tuttavia, nessuno era a conoscenza della famosa forma a doppia elica. Questa fu scoperta grazie alla chimica e fisica Rosalind Franklin che presentò uno studio su Nature insieme a James Watson e Francis Crick. Oggi ancora riteniamo attendibile tale struttura. Ma un nuovo studio, questa volta pubblicato su Nature Chemistry, sembra evidenziare – in certi momenti - una forma completamente diversa.

Basi azotate & co
Ciò che per ora sembra essere confermato è che tutte le nostre cellule contengono tutta l’informazione genetica che ci rende individui unici. In sintesi, ogni cellula, possiede un frammento del nostro DNA con le famose 4 basi azotate: Adenina, Citosina, Guanina e Timina. Sono queste che legandosi, dovrebbero costituire una struttura a doppia elica. Tuttavia, alcuni scienziati hanno scoperto che in molti casi il DNA può assumere una forma misteriosa e completamente differente. Tale forma è stata contraddistinta dai cosidetti i-motif: «nella struttura coi nodi, le lettere C appartenenti ad una stessa fila dell’elica si legano fra loro, così questa forma è molto diversa da una doppia elica, dove le lettere sulle file opposte si riconoscono e dove le C si legano con le G», spiega Marcel Dinger, coordinatore dello studio insieme a Daniel Christ.

Cosa sono i-motif
i-Motif sono sempre state considerate strutture secondarie al DNA che possono formare sequenze ricche di citosina. Generalmente rimangono stabilizzate da condizioni acide e sono costituiti da due duplex di DNA a filamenti paralleli. La loro piegatura, quindi, è dipendente dal pH.

Un’idea più che una certezza
Gli scienziati spiegano che la vera forma del DNA è sempre stata controversa e che solo ora si ha qualche certezza in più. «Prima di questo, era una specie di idea accademica che il DNA potesse avere una struttura simile ma non era affatto noto cosa significasse per la biologia», ha dichiarato Marcel Dinger, capo del Kinghorn Center for Clinical Genomics al Garvan Institute of Medical Research di Sydney. «Guardare come questi i-motif appaiono nelle cellule umane viventi è stato piuttosto spettacolare».

Lo studio
Per arrivare a simili conclusioni, il team di ricerca ha dato vita a un anticorpo, ovvero a una proteina che individua e attacca i microorganismi invasori, identificando i vari i-motif. Durante l’esperimento, gli anticorpi sono stati prima marcati grazie a una tintura fluorescente e poi iniettati nelle cellule umane in vitro. Grazie all’uso di potenti microscopi, sono riusciti a evidenziare con maggior facilità gli i-motif. In pratica, gli scienziati hanno dimostrato per la prima volta che gli anticorpi si agganciano solo sugli i-motif e non sulle altre forme di DNA – come la classica doppia elica. «Questa è una scoperta molto eccitante. Questo lavoro è la ciliegina su quello che ora è una grande torta di prove che queste forme di DNA esistono in vivo  e sono degne di ulteriori studi», ha spiegato Zoe Waller, docente di biologia chimica presso l'Università di East Anglia nel Regno Unito.

Il piegamento del DNA
Un altro aspetto incredibile emerso durante la ricerca è che gli i-motif si potevano rilevare facilmente nelle cellule viventi e che le luci fluorescenti indotte si accendevano e spegnevano, il che significa che gli i-motif si piegavano e spiegavano all’occorrenza. Gli i-motif, infatti, si piegavano velocemente durante un particolare momento della trascrizione, ovvero quando i geni vengono tradotti in proteine. Quando il DNA si spiega, ovvero riprende la sua forma che tutti conosciamo, gli i-motif spariscono. Ciò significa solo una cosa: gli i-motif svolgono un ruolo chiave nella trascrizione.

Tanto da scoprire
Sebbene la scoperta rappresenta un importante passo avanti nella comprensione del DNA, gli stessi scienziati ammettono che c’è ancora tanto lavoro da fare. «C'è così tanto del genoma che non capiamo, probabilmente è il 99 percento di esso», asserisce Dinger. Ma il fatto di aver compreso come si ripiega il DNA nelle cellule viventi, potenzialmente, «rende possibile decodificare quelle parti del genoma e capire cosa fanno», continua Dinger che ritiene che queste formazioni anomale si trovino in ogni cellula umana. Inoltre, «siccome il genoma ha meno pieghe di questo tipo rispetto al DNA a forma regolare, i farmaci che prendono di mira il DNA potrebbero essere in grado di legarsi in modo più specifico, rispetto alle regioni non piegate».

Una nuova possibilità contro il cancro?
Secondo Laurence Hurley, professore all'Università dell'Arizona, farmaci che si basano su queste misteriose forma del DNA potrebbero, per esempio, essere utilizzati nel trattamento del cancro. Al momento, invece, i farmaci di uso comune possono legarsi a diverse parti del DNA portando effetti collaterali molto pericolosi. «Ho aspettato tanto che un documento del genere uscisse. Ciò fornisce una solida base per un importante sforzo terapeutico attorno a queste nuove strutture, e toglie il dubbio che le persone avevano sul fatto che tali strutture fossero reali e avessero un significato biologico», conclude Hurley a Live Science.

Fonti scientifiche

[1] I-motif DNA structures are formed in the nuclei of human cells - Mahdi Zeraati, David B. Langley, Peter Schofield, Aaron L. Moye, Romain Rouet, William E. Hughes, Tracy M. Bryan, Marcel E. Dinger & Daniel Christ

[2] Bioorganic & Medicinal Chemistry - Volume 22, Issue 16, 15 August 2014, Pages 4407-4418 i-Motif DNA: Structure, stability and targeting with ligands Author links open overlay panelHenry A.DayPavlosPavlouZoë A.E.Waller - https://doi.org/10.1016/j.bmc.2014