Perché il cervello umano è così potente? Regno Unito, Università Ebraica partner per scoprirlo

Aug 22, 2023

LEXINGTON, Ky. (25 gennaio 2023) — I ricercatori dell’Università del Kentucky e dell’Università Ebraica di Gerusalemme stanno collaborando per studiare la complessità del cervello umano. Nello specifico, i ricercatori testeranno se nel cervello esistono nuove proteine ​​finora sconosciute.

I laboratori delle due istituzioni hanno ottenuto una sovvenzione congiunta dalla National Science Foundation (NSF) e dalla Binational Science Foundation (BSF) tra Stati Uniti e Israele per studiare nuovi aspetti della biologia dell’RNA.

I ricercatori stanno lavorando per rispondere a una domanda fondamentale: perché gli esseri umani hanno cervelli più complessi di altri organismi con all’incirca lo stesso numero di geni?

Nell'ambito della sovvenzione di oltre 700.000 dollari, Stefan Stamm, Ph.D., professore nel dipartimento di biochimica molecolare e cellulare del College of Medicine del Regno Unito, e il suo laboratorio stanno studiando le caratterizzazioni delle proteine ​​e esaminando le loro implicazioni biologiche.

Il laboratorio di Stamm sta collaborando con Ruth Sperling, Ph.D., professoressa (emerita) presso il Dipartimento di Genetica presso l'Istituto Alexander Silberman di Scienze della Vita dell'Università Ebraica di Gerusalemme. È un'esperta nell'elaborazione dell'RNA.

L'RNA è il mediatore che trasforma le istruzioni contenute nel DNA in proteine ​​nelle cellule. Durante il processo, l'RNA viene pesantemente modificato con pezzi tagliati, o uniti, e rimessi insieme in una nuova linea di RNA. A volte questi pezzi si formano in cerchi, creando RNA circolare.

"Proponiamo che esista un nuovo insieme di proteine ​​che non sono state identificate o esaminate nel cervello umano, codificate dagli RNA circolari e che svolgono nuove funzioni nelle cellule", ha affermato Stamm.

Gli RNA circolari si trovano principalmente nel cervello e la loro formazione è promossa da elementi genomici specifici dell'uomo e di altri primati, chiamati elementi Alu. Il genoma umano è costituito per circa l'11% da elementi Alu e la loro espansione nei primati è correlata alla complessità del cervello.

I gruppi di ricerca testeranno l'ipotesi che gli RNA circolari specifici dei primati vengano tradotti in proteine ​​dopo che le molecole dell'RNA circolare subiscono un cambiamento epigenetico.

“Gli RNA circolari codificano per le proteine? Queste proteine ​​sono funzionali? Riesci a trovarli nel cervello?" disse Stamm. “Questo è ciò che stiamo analizzando. Non è mai stato esaminato."

I ricercatori propongono che le nuove proteine ​​prodotte da quegli specifici RNA circolari aumentino notevolmente la complessità molecolare nel cervello, il che potrebbe migliorare le funzioni cerebrali.

"Se disponiamo di nuove proteine, abbiamo un proteoma completamente nuovo che ha nuove funzioni e può contribuire al cervello umano", ha affermato Sperling. “Ciò ha ampie implicazioni. Ad esempio, puoi cercare modificatori genetici. Esistono modificatori genetici correlati alla schizofrenia, all’epilessia, all’autismo o alle malattie neurologiche?”

Il laboratorio di Sperling si concentrerà sulla comprensione di come viene prodotto l'RNA circolare dal meccanismo di giunzione nelle cellule. Insieme a Joseph Sperling, Ph.D., ha scoperto e caratterizzato la macchina di giunzione endogena nelle cellule di mammifero. Recentemente, il suo team ha identificato l’RNA circolare all’interno della macchina di giunzione endogena. Il suo team utilizzerà questo sistema per studiare se l'RNA viene sottoposto a splicing o backspliced, formando rispettivamente RNA lineari e circolari, quando ciò accade e come viene regolato nel cervello.

“Queste proteine ​​non sono molto abbondanti, ma potrebbero formare o modificare funzioni catalitiche in altre proteine. Quindi, se vuoi capire il cervello devi guardare queste molecole”, ha detto Stamm.

Nell'ambito del progetto triennale, in estate si terranno corsi annuali di biologia dell'RNA di due settimane presso l'Università Ebraica di Gerusalemme guidati da Stamm e Sperling. Gli studenti di entrambe le università terranno lezioni teoriche e faranno esperimenti pratici durante il corso.

La ricerca riportata in questa pubblicazione è stata supportata dalla National Science Foundation con il premio numero 2221921. Le opinioni, i risultati e le conclusioni o le raccomandazioni espresse sono quelle degli autori e non riflettono necessariamente le opinioni della National Science Foundation.