Una mappa dei geni regolati da ISWI

DNA - Foto di Rodolfo ClixLa proteina ISWI è coinvolta nella regolazione dell’espressione di geni associati a numerose malattie, rare e genetiche come la Sindrome di Williams e anche diversi tumori. ISWI rappresenta quindi la chiave di volta per individuare e spiegare i meccanismi alla base di molte patologie, anche diverse tra loro, ma accomunate da un difetto nell’impacchettamento del DNA nello spazio.

Un team di ricercatori italiani dell’Università degli Studi di Palermo, guidati da Davide Corona dell’Istituto Telethon Dulbecco, ha realizzato una mappa dei geni regolati da ISWI. Questo gruppo di ricercatori studia l’organizzazione del DNA nello spazio con particolare attenzione ai meccanismi che regolano la condensazione del DNA.

Lo studio, pubblicato su The EMBO Journal, getta nuova luce sul ruolo svolto da ISWI, un fattore di rimodellamento della cromatina, nella regolazione della trascrizione e nell’organizzazione dei cromosomi negli eucarioti superiori.

La cellula eucariote ha evoluto, nel corso del tempo, meccanismi di regolazione allo scopo di modificare la struttura della cromatina per adattarsi a specifici programmi di trascrizione in risposta ad una varietà di stimoli cellulari e ambientali.
I modificatori covalenti della cromatina catalizzano specifici modificatori post-trascrizionali delle code amino e carbossi-terminali degli istoni, mentre i complessi di rimodellamento della cromatina usano l’energia dell’idrolisi dell’ATP per cambiare la posizione dei nucleosomi o per incorporare varianti istoniche nella cromatina.
Tali variazioni sottintendono diversi stati funzionali della cromatina che contribuiscono alla struttura locale della cromatina stessa e ai profili di espressione genica.

La proteina ISWI, scoperta nel 2007 da Davide Corona, è la subunità catalitica di numerosi complessi di rimodellamento della cromatina ATP-dipendenti. Si tratta di una proteina molto importante ed essenziale per la vitalità cellulare negli eucarioti superiori, infatti, è altamente conservata dal punto di vista evolutivo sia nella composizione sia nella funzione, risulta inoltre molto abbondante ed espressa in modo ubiquitario.

ISWI di Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta su cui sono stati svolti gli esperimenti, ha la stessa funzione di quella umana e le somiglia per il 90% della sua sequenza.

La perdita di ISWI porta a diffusi difetti nella trascrizione e a drammatiche alterazioni nella struttura della cromatina: la cellula non riesce più a leggere correttamente le informazioni contenute nel DNA.

In Drosophila, la perdita della funzione di ISWI si traduce in drammatici difetti nella condensazione dei cromosomi e nella riduzione dei livelli dell’istone H1. Queste osservazioni suggeriscono che ISWI svolge un ruolo chiave nella condensazione dei cromosomi in vivo mediante la promozione del caricamento dell’istone linker H1 sulla cromatina.

Capire come l’attività di spaziatura dei nucleosomi operata della proteina ISWI si correli alla regolazione dell’espressione genica e all’organizzazione della cromatina in tutto il genoma può contribuire a spiegare anche il meccanismo alla base di diverse malattie genetiche e di alcuni tumori.

Dallo studio emerge che ISWI ha circa 1200 siti di legame ad alta affinità con la cromatina, sia nelle regioni geniche sia in quelle intergeniche. In particolare ISWI tende a legarsi all’inizio dei geni, nei loro siti di inizio trascrizione (TSS – Transcription Start Site), provocando alterazioni nel posizionamento dei nucleosomi dopo il TSS.

I ricercatori hanno osservato che, in Drosophila, le differenze nella spaziatura dei nucleosomi tendono ad accumularsi sul cromosoma X.

La famiglia dei complessi ISWI sembra agire sia attivando sia reprimendo la trascrizione.
Alcuni studi mettono in evidenza un possibile ruolo di ISWI nel reprimere la trascrizione, anche se studi genetici e biochimici sostengono l’idea che ISWI promuova la trascrizione.

I risultati dello studio italiano suggeriscono che negli eucarioti superiori ISWI potrebbe regolare l’espressione genica mediante il rimodellamento della cromatina vicino alle regioni regolatorie. Inoltre sembra improbabile che le alterazioni dipendenti da ISWI nel posizionamento dei nucleosomi a livello di TSS siano correlate con le alterazioni globali nella struttura della cromatina, osservabili quando viene persa l’attività di ISWI.

Il lavoro dei ricercatori Telethon è stato possibile grazie al contributo del Dipartimento di Matematica dell’Università degli Studi di Palermo e dell’Istituto Euro-Mediterraneo di Scienza e Tecnologia di Palermo: serviva mettere a punto un algoritmo che permettesse agli studiosi di orientarsi e interpretare la mole di dati ottenuti dallo studio del genoma di Drosophila melanogaster.

Grazie al lavoro di mappatura dei geni regolati da ISWI, i ricercatori guidati da Davide Corona proseguiranno gli studi per individuare i geni umani sotto il controllo di questo importante fattore di rimodellamento della cromatina. Le indagini si estenderanno sia alle regioni geniche del genoma umano sia a quelle non codificanti per proteine, ma che potrebbero avere importanti funzioni di regolazione, dove ISWI va comunque a legarsi.

Fonti

A. Sala, M. Toto, L. Pinello, A. Gabriele, Valeria Di Benedetto, A. Ingrassia, G. Lo Bosco, V. Di Gesù, R. Giancarlo, D. Corona, “Genome-wide characterization of chromatin binding and nucleosome spacing activity of the nucleosome remodelling ATPase ISWI”. The EMBO Journal, 2011.

Si ringrazia Telethon per la collaborazione