Nel 2024, Victor Ambros e Gary Ruvkun sono stati insigniti del Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina per la loro rivoluzionaria scoperta dei microRNA e del loro ruolo fondamentale nella regolazione genica post-trascrizionale.
Il Premio Nobel di quest’anno è stato assegnato a scienziati che hanno dedicato la loro vita alla comprensione della regolazione dei geni.
A Victor Ambros e Gary Ruvkun si deve la scoperta dei microRNA, una classe di minuscole molecole di RNA che svolgono un ruolo centrale nel controllo dell’espressione genica.
I loro studi hanno permesso di delineare nuovi meccanismi che si sono dimostrati fondamentali per il funzionamento delle cellule negli organismi pluricellulari.
L’importanza di queste ricerche non può essere sottovalutata: grazie ai loro studi, sappiamo che il genoma umano codifica oltre un migliaio di microRNA, rivelando un nuovo livello di regolazione genetica. Queste molecole, infatti, sono cruciali per lo sviluppo e il corretto funzionamento degli organismi.
In questo articolo parliamo di:
- Chi sono gli scienziati premiati?
- La regolazione genica: cosa conta e cosa no
- Questa diversità da dove nasce?
- Il flusso dell’informazione genetica: dal DNA all’mRNA fino alle proteine
- Un nuovo livello di precisione
- Una scoperta inattesa
- Lo scetticismo iniziale e la conferma
- La scoperta di un meccanismo universale?
- Fonti
Chi sono gli scienziati premiati?
Victor Ambros, nato nel 1953 ad Hanover, nel New Hampshire, ha conseguito il dottorato presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT). Dopo aver completato il suo post-dottorato presso lo stesso istituto fino al 1985, ha lavorato all’Università di Harvard e alla Dartmouth Medical School.
Oggi è professore di Scienze Naturali presso la University of Massachusetts Medical School.
Gary Ruvkun, nato a Berkeley, California, nel 1952, ha ottenuto il dottorato ad Harvard e ha lavorato come post-doc al MIT prima di prendere posizioni al Massachusetts General Hospital e alla Harvard Medical School, dove è attualmente professore di Genetica.
La regolazione genica: cosa conta e cosa no
L’informazione dei geni contenuti nel nostro materiale genetico può essere paragonata a un complesso manuale d’istruzioni per le cellule del nostro corpo.
Anche se ogni cellula possiede lo stesso set di geni, il modo in cui questi possono essere selezionati e attivati varia in maniera enorme da una cellula all’altra.
Questa diversità da dove nasce?
Di fatto si tratta del risultato della regolazione genica, che permette a ciascuna cellula di scegliere solo le istruzioni necessarie per il ruolo che è chiamata a svolgere nel tessuto di appartenenza. Questo processo garantisce che in ogni tipo di cellula siano attivati solo i geni appropriati.
Il flusso dell’informazione genetica: dal DNA all’mRNA fino alle proteine
La scoperta dei microRNA. Spinti dall’interesse per la differenziazione cellulare e lo sviluppo delle varie tipologie di cellule, Ambros e Ruvkun scoprirono i microRNA (miRNA), una nuova classe di piccole molecole di RNA che regolano l’espressione genica. Questi miRNA giocano un ruolo chiave nel regolare l’attività dei geni, consentendo a una cellula di esprimere solo i geni necessari e di silenziarne altri.
Grazie a questa attività, i miRNA permettono alle cellule muscolari, intestinali e nervose di svolgere funzioni altamente specializzate. Tuttavia, è essenziale che questa regolazione venga costantemente ricalibrata per adattare le funzioni cellulari alle condizioni in continua evoluzione dell’organismo o agli stimoli ambientali.
Quando la regolazione genica non funziona correttamente, possono insorgere patologie gravi come il cancro, il diabete o malattie autoimmuni. Per questo motivo, comprendere i meccanismi alla base di questa regolazione è diventato uno degli obiettivi più importanti nella medicina moderna.
Un nuovo livello di precisione
A partire dagli anni 60’ si è scoperto che alcune proteine specifiche, chiamati fattori di trascrizione, si legano a regioni ben specifiche del DNA, esercitando un’influenza sul flusso dell’informazione ereditaria e stabilendo quale RNA messaggero (mRNA) debba essere prodotto.
Sebbene si pensasse che i principali meccanismi della regolazione genetica fossero ormai stati compresi, nel 1993 Victor Ambros e Gary Ruvkun pubblicarono una scoperta sorprendente: descrissero un nuovo livello di regolazione, altrettanto importante e conservato nell’evoluzione.
Qual è stato il contributo dei nematodi?
Mentre lavoravano nel laboratorio di Robert Horvitz, anch’egli Nobel per la Medicina nel 2022, per le sue scoperte sui meccanismi di regolazione genetica nello sviluppo degli organi e nella morte programmata delle cellule, Ambros e Ruvkun studiarono il nematode C. elegans, un organismo di un millimetro con numerose cellule specializzate, usato come modello negli studi biologici.
I due scienziati si concentrarono sui geni che controllano i tempi di attivazione dei diversi programmi genetici per garantire che diverse tipologie di cellule si sviluppino e determino al momento giusto.
Nella fattispecie, furono studiate due popolazioni distinte di vermi mutanti che mostravano difetti nello sviluppo a causa di errori nell’attivazione genica.
Una scoperta inattesa
Ambros e Ruvkun notarono che il gene lin-4, responsabile della regolazione dei tempi di sviluppo delle larve di C. elegans, produceva una molecola di RNA insolitamente corta, priva della capacità di codificare proteine.
Dopo aver comparato questo gene con altri, i due conclusero che si trovavano di fronte a un meccanismo di regolazione del tutto nuovo, che agiva nelle fasi finali dell’espressione genica silenziando la produzione di proteine specifiche. Queste brevi sequenze di RNA, successivamente chiamate microRNA, si legano a sezioni specifiche dell’mRNA e ne inibiscono le istruzioni.
Lo scetticismo iniziale e la conferma
In un primo momento, la scoperta dei microRNA fu accolta con un certo grado di scetticismo. Si pensava che questo nuovo e particolare meccanismo fosse un’anomalia legata a qualche aspetto specifico del C. elegans.
Tuttavia, nel 2000, il team di Ruvkun identificò un altro microRNA codificato dal gene let-7, presente non solo nei nematodi ma in tutto il regno animale.
Questa evidenza cambiò drasticamente il panorama scientifico con il numero di microRNA conosciuti che crebbe rapidamente, raggiungendo centinaia di tipi diversi.
Ad oggi conosciamo che il genoma umano codifica per oltre un migliaio di microRNA, che sono cruciali per la regolazione e modulazione dei processi cellulari.
La scoperta di un meccanismo universale?
Quanto dimostrato dai lavori di Ruvkun sul gene let-7, ha permesso di evidenziare che il processo di regolazione tramite i microRNA è qualcosa che viene condiviso da tutti gli organismi pluricellulari.
Questo fenomeno ha permesso l’evoluzione di organismi caratterizzati da un certo grado di complessità nel corso dei milioni anni di evoluzione.
Quello che sappiamo oggi grazie a questi dati è che i microRNA sono indispensabili per lo sviluppo corretto di cellule e tessuti, e una loro disfunzione può contribuire allo sviluppo di patologie come il cancro o malattie congenite.
Fonti
https://www.focus.it/scienza/salute/nobel-per-la-fisiologia-o-la-medicina-2024-i-vincitori
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