Lo studio, pubblicato nella rivista Nature Genetics, ha scoperto che le varianti genetiche nel DNA dei mitocondri – le “batterie” che alimentano le nostre cellule – svolgono un ruolo inaspettato in malattie comuni come il diabete di tipo 2 e la sclerosi multipla, potrebbero aumentare il rischio di sviluppare queste condizioni, oltre a influenzare caratteristiche come l’altezza e la durata della vita.
C’erano anche prove che alcuni cambiamenti nel DNA mitocondriale erano più comuni nelle persone con ascendenza genetica scozzese, gallese o della Northumbria, il che implichi che il DNA mitocondriale e il DNA nucleare (che rappresenta il 99,9% del nostro patrimonio genetico) interagiscono tra loro.
Il DNA che compone il genoma umano – il “modello” del corpo – quasi tutto è contenuto nei nuclei delle nostre cellule. Il DNA nucleare tra le altre funzioni codifica per le caratteristiche che ci rendono individuali, così come per le proteine che svolgono la maggior parte del lavoro nel nostro corpo.
Le nostre cellule contengono anche mitocondri, spesso denominati “batterie”, forniscono l’energia per il funzionamento delle nostre cellule. Lo fanno convertendo il cibo che mangiamo in ATP, una molecola in grado di rilasciare rapidamente energia. Ciascuno di questi mitocondri è codificato da una piccola quantità di “DNA mitocondriale”. Il DNA mitocondriale costituisce solo lo 0,1% del genoma umano complessivo e viene trasmesso esclusivamente da madre a figlio.
Errori nel DNA mitocondriale mentre possono portare alle cosiddette malattie mitocondriali, in diversi casi gravemente disabilitanti, fino ad ora c’erano poche prove che queste varianti possano influenzare malattie più comuni: diversi studi su piccola scala hanno accennato a questa possibilità, ma gli scienziati non sono stati in grado di replicare i loro risultati.
Ora, un team dell’Università di Cambridge ha sviluppato una nuova tecnica per studiare il DNA mitocondriale e la sua relazione con le malattie e le caratteristiche umane in campioni prelevati da 358.000 volontari come parte dell’iniziativa UK Biobank, un importante progetto che indaga sulle cause di varie malattie, avviato invitando 500.000 cittadini britannici, per realizzare un database biomedico su larga scala e una risorsa di ricerca.
La dott.ssa Joanna Howson, che ha svolto il lavoro mentre era al Dipartimento di sanità pubblica e cure primarie presso l’Università di Cambridge, ha dichiarato:
«Utilizzando questo nuovo metodo, siamo stati in grado di cercare associazioni tra le numerose caratteristiche che sono state registrate per i partecipanti alla Biobanca del Regno Unito e vedere se c’è una correlazione con il DNA mitocondriale. Generalmente a parte le malattie mitocondriali, non associamo varianti del DNA mitocondriale a malattie comuni. Ciò che abbiamo dimostrato è che il DNA mitocondriale – che ereditiamo da nostra madre – influenza il rischio di alcune malattie come il diabete di tipo 2 e la sclerosi multipla, oltre a una serie di caratteristiche comuni».
Tra i fattori che risultano essere influenzati dal DNA mitocondriale ci sono: diabete di tipo 2, sclerosi multipla, funzionalità epatica e renale, parametri emocromocitometrici, durata della vita e altezza; mentre alcuni degli effetti sono visti più estremamente nei pazienti con rare malattie mitocondriali – ad esempio, i pazienti con malattia grave sono spesso più bassi della media – l’effetto in individui sani tende ad essere molto più sottile, probabilmente a causa di una differenza d’altezza di pochi millimetri.
Ci sono diverse possibili spiegazioni su come il DNA mitocondriale eserciti la sua influenza, uno è che i cambiamenti nel DNA mitocondriale portano a sottili differenze nella nostra capacità di produrre energia. Tuttavia, è probabile che sia più complicato, influenzando percorsi biologici complessi all’interno del nostro corpo (i segnali che consentono alle nostre cellule di operare in modo coordinato).
Patrick Chinnery Capo del Dipartimento di Neuroscienze Cliniche e Unità di biologia mitocondriale MRC dell’Università di Cambridge ha dichiarato:
«Se vuoi un quadro completo delle malattie comuni, allora chiaramente dovrai tenere conto dell’influenza del DNA mitocondriale. L’obiettivo finale degli studi sul nostro DNA è comprendere i meccanismi che sono alla base di queste malattie e trovare nuovi modi per trattarli. Il nostro lavoro potrebbe aiutare a identificare potenziali nuovi bersagli farmacologici».
Le variazioni regionali nel DNA mitocondriale suggeriscono un’interazione complessa con il DNA nucleare
Il DNA dei mitocondri viene ereditato esclusivamente dalla madre, a differenza del DNA nucleare, che viene trasmesso sia dalla madre sia dal padre. Ciò suggerisce che i due sistemi vengono ereditati in modo indipendente e quindi non dovrebbe esserci alcuna associazione tra il DNA nucleare e mitocondriale di un individuo, tuttavia, questo non era ciò che ha scoperto il team.
I ricercatori hanno dimostrato che alcuni background genetici nucleari sono associati preferenzialmente a determinati background genetici mitocondriali, in particolare in Scozia, Galles e Northumbria. Ciò suggerisce che i nostri genomi nucleari e mitocondriali si sono evoluti – e continuano a evolversi – fianco a fianco e interagiscono tra loro, uno dei motivi che possono spiegare questo sistema è la necessità di compatibilità.
L’ATP una molecola in grado di rilasciare rapidamente energia è prodotta da un gruppo di proteine all’interno dei mitocondri, chiamato catena respiratoria. Ci sono oltre 100 componenti della catena respiratoria, 13 dei quali sono codificati dal DNA mitocondriale; il resto è codificato dal DNA nucleare, anche se le proteine nella catena respiratoria vengono prodotte da due diversi genomi, le proteine devono intrecciarsi fisicamente come pezzi di un puzzle. Il DNA mitocondriale ereditato da un bambino se non fosse compatibile con il DNA nucleare ereditato dal padre, il puzzle non si incastrerebbe correttamente, influenzando così la catena respiratoria e, di conseguenza, la produzione di energia. Ciò potrebbe influenzare sottilmente la salute o la fisiologia di un individuo, e nel tempo potrebbe essere svantaggioso da un punto di vista evolutivo e avere implicazioni per il successo della terapia di trasferimento mitocondriale, una nuova tecnica che consente agli scienziati di sostituire i mitocondri difettosi di una madre con quelli di un donatore, impedendo così al suo bambino di avere una malattia mitocondriale potenzialmente pericolosa per la vita.
Patrick Chinnery in conclusione ha detto:
«Sembra che il nostro DNA mitocondriale sia abbinato al nostro DNA nucleare in una certa misura, in altre parole, non puoi semplicemente scambiare i mitocondri con qualsiasi donatore, proprio come non puoi prendere una trasfusione di sangue da nessuno. Fortunatamente, questa possibilità è già stata presa in considerazione nel metodo adottato dal team di ricercatori dell’Università di Newcastle che ha aperto la strada a questa terapia».
