Team 7

Team 7

Beatrice Cobucci-Ponzano, Ricercatore

beatrice.cobucciponzano@ibbr.cnr.it


Istituto di Bioscienze e Biorisorse, CNR, Napoli.


Dr.Federica De Lise

Post-doc

Istituto di Bioscienze e Biorisorse, CNR, Napoli.

Dr.Luisa Maurelli

CTER

Istituto di Bioscienze e Biorisorse, CNR, Napoli

La traduzione dell'informazione genetica contenuta nel DNA in polipeptidi è un meccanismo dinamico in cui le regole standard possono essere alterate. Infatti, in alcuni geni, i segnali codificati nell'mRNA riprogrammano il ribosoma per leggere il messaggio in modo alternativo, fenomeno chiamato recoding. Il recoding è un meccanismo universale, ha un ruolo cruciale nella regolazione dell'espressione genica e gli eventi più comuni sono la traduzione del codone di stop e il frameshifting programmato (PRF).

Prove crescenti suggeriscono che questa flessibilità nella decodifica del codice genetico sia un tratto selezionato durante l'evoluzione che può aumentare la fitness microbica in determinate condizioni. Ciò potrebbe essere particolarmente rilevante in ambienti estremi, che sono soggetti a repentini cambiamenti che ne modificano notevolmente, e temporaneamente, i parametri chimico-fisici ed a cui i microrganismi devono adattarsi come recentemente pubblicato (Iacono et al., 2020). In questo contesto, lo studio degli Archaea che popolano questi ambienti estremi, le forme di vita esistenti più vicine all’ultimo antenato comune universale (LUCA), è di notevole interesse per comprendere l'evoluzione della vita sulla Terra e potrebbe aiutarci a comprendere i meccanismi molecolari alla base della vita in condizioni estreme. Il recoding, infatti, potrebbe essere un meccanismo per mantenere l'espressione di alcuni geni latente e regolarla in base a condizioni specifiche.

Pozza della solfatara Pisciarelli di Napoli; esperimento di incubazione del ceppo wild type di S. solfataricus, per valutare l’effetto dell’ambiente sull’espressione dei geni interrotti in vivo.


Il Team 7 ha l'obiettivo di studiare i geni interrotti ed analizzare i meccanismi che ne regolano l’espressione negli Archaea termofili. Il primo gene archaeale regolato dal PRF era stato identificato dal gruppo d ricerca in S. solfataricus dimostrando l’universalità di questo meccanismo di regolazione dell’espressione genica. Tuttavia, quali siano i meccanismi molecolari alla base della regolazione dell’espressione del gene fucA codificante per l’alpha-fucosidasi in vivo non sono noti. Gli studi si sono concentrati sull’analisi dei meccanismi di regolazione trascrizionale e traduzionale di questo gene interrotto e del suo mutante full-length in S. solafataricus. In particolare, crescite di S. solfataricus in differenti condizioni di stress quali differenti fonti di carbonio, cold shock e radiazioni UV, hanno permesso di individuare una diversa regolazione dell’espressione di fucA, sia a livello traduzionale che trascrizionale come recentemente pubblicato (De Lise et al., 2021). Inoltre, sono in preparazione ceppi knock-in dell’archaeon S. islandicus il quale non ha il gene fucA. Questi studi permetteranno di comprendere la possibile funzione in vivo di questo gene e di valutare se anche questo archaeon è in grado di promuovere l’espressione del gene mediante PRF. In collaborazione con la dr.ssa Paola di Donato dell’Università Parthenope di Napoli, la vitalità dei ceppi wild type e mutanti sarà analizzata dopo incubazione in camera di simulazione marziana allo scopo di analizzare l’espressione di geni interrotti in condizioni spaziali simulate. Infine, in collaborazione con il Team 8 si stanno analizzando le sequenze metagenomiche ottenute da due pozze della solfatara Pisciarelli di Napoli per identificare nuovi geni interrotti.

Tutti questi studi sono importanti per comprendere le possibili implicazioni del recoding nel fornire un vantaggio evolutivo in condizioni estreme o di stress e possono fornire nuove informazioni sull'origine e l'evoluzione del codice genetico, la trasmissione dell’informazione genetica e sui limiti della vita sulla Terra e oltre.

Figure 2: Schema proposto per il meccanismo di -1 prog rammed frameshifting per l’⍺-L-fucosidasi di S. solfataricus.