Geni misteriosi possono spiegare l’origine delle specie

Nel corso dell’evoluzione si forma rapidamente una sorta di barriera tra le diverse specie. Ciò significa che le specie non possono più incrociarsi tra loro. In questo modo possono emergere nuove forme di vita diverse tra loro.

Questo si chiama isolamento riproduttivo. A volte anche i discendenti di due specie diverse sono sterili, come il cavallo e l’asino, afferma Deniz Ozata, assistente ricercatore presso il Dipartimento di bioscienze molecolari presso il Wiener-Green Institute dell’Università di Stoccolma.

Tutelare il patrimonio genetico degli animali

Gli scienziati non sanno da tempo esattamente come si verifica questo tipo di barriera. Ma Deniz Ozata può essere un’interpretazione delle tracce.

Ha studiato un gruppo recentemente scoperto di molecole di RNA che si trovano solo nelle cellule animali, il cosiddetto RNA che interagisce con PIWI (piRNA).

In generale, il piRNA può essere descritto come un guardiano della massa genetica animale. Proteggono il materiale genetico dai cosiddetti trasposoni. Si tratta di elementi genetici in movimento, spesso residui di virus antichi, che possono spostarsi da una parte all’altra del genoma e causare danni. Ma con l’aiuto del piRNA, la cellula può difendersi dai trasposoni.

Insieme alla proteina PIWI, il piRNA forma una sorta di forbice molecolare che li separa.

La protezione della cellula dai trasposoni è quindi la funzione originaria del piRNA. Tuttavia, nei mammiferi, è stato scoperto che nei testicoli si forma un sottoinsieme di piRNA che hanno perso la capacità di silenziare i trasposoni.

Scopri un paradosso genetico

Questo è il secondo gruppo di piRNA a cui Deniz Ozata sta rivolgendo la sua attenzione. Per qualche ragione, vengono prodotti in grandi quantità quando le cellule si dividono per formare lo sperma. Si trova principalmente durante la fase di divisione cellulare chiamata pachitene e quindi chiamata pachitene – piRNA.

Nel genoma umano sono stati identificati 90 distinti geni pachitene piRNA. Quando Deniz Ozata ha realizzato queste mappe, ha scoperto uno strano fenomeno: stavano cambiando a un ritmo molto veloce.

Abbiamo confrontato i genomi di quasi 2.500 individui diversi e i geni pachitene-piRNA differiscono notevolmente. Appartengono ai geni meno conservati dell’intero genoma umano, afferma Deniz Ozata.

Geni vitali che mutano rapidamente

Fu una scoperta paradossale. Perché quando Deniz Ozata e altri ricercatori hanno disabilitato alcuni di questi geni, i topi sono diventati sterili. Lo sperma ha iniziato a nuotare male e ha sviluppato diversi difetti.

Quindi, come possono i geni essenziali per la nostra fertilità cambiare così rapidamente? Altrimenti, i geni vitali sono generalmente molto ben conservati, poiché le mutazioni possono facilmente causare danni catastrofici.

– Sembra che ci sia una forte pressione evolutiva su questi geni per cambiare, dice Deniz Ozata.

Costruisce la barriera tra le specie

La sua speculazione qualificata è che i rapidi cambiamenti genetici stiano in qualche modo costruendo la barriera tra le specie. Ma come ciò avvenga non è chiaro, e il pachitene-piRNA ha proprietà ancora più enigmatiche. Ad esempio, solo alcuni dei 90 geni sembrano essere essenziali per la sopravvivenza degli spermatozoi.

La maggior parte dei geni sembra avere la funzione principale di forzare la produzione di piRNA durante la spermatogenesi.

Sono come la genetica egoista. Deniz Ozata dice che sembra essere lì solo per aumentare la sua produzione.

Alcuni geni devono essere messi a tacere?

La massiccia produzione di piRNA costa energia alla cellula e i processi che consumano energia di solito non avvengono per caso durante lo sviluppo. Ma perché siano necessarie quantità così grandi di piRNA è attualmente un mistero.

I geni sono messi a tacere

Tuttavia, Deniz Ozata e colleghi hanno un’ipotesi principale: che il pachitene-piRNA formi una forbice epigenetica con le proteine ​​PIWI che silenziano geni specifici nello sperma.

Perché durante lo sviluppo dello sperma, essenzialmente tutti i geni sono attivi e le loro sequenze sono rappresentate nell’mRNA. I ricercatori osservano che alcuni piRNA di pachitene possono riconoscere gli mRNA e garantire che le proteine ​​PIWI li separino.

– Immagina di avere tutti questi mRNA, ma solo una parte di essi determina la compatibilità dello sperma con l’uovo. Altri mRNA dovrebbero essere messi a tacere, dice Deniz Ozata.

Altri indizi su molecole misteriose

Si pensava che il pachitene piRNA regolasse la presenza di molecole di mRNA nello sperma in modo da formare un pattern specifico per specie. Questo modello può quindi costruire la barriera delle specie in un modo o nell’altro.

Per vedere se l’ipotesi è vera, il suo gruppo di ricerca sta attualmente lavorando alla mappatura dei geni del pachitene piRNA in due diverse sottospecie di topi che sono riproduttivamente isolati dai normali topi di laboratorio.

Indagando sul tipo di pachitene-piRNA che trasporta, spera di ottenere ulteriori indizi su come funzionano le molecole misteriose.