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"Dogma centrale della biologia molecolare": i "dogmi" e le "figure di culto" dovrebbero avere un posto nella scienza?

SCIENZEBIOLOGIA"Dogma centrale della biologia molecolare": i "dogmi" e le "figure di culto" dovrebbero avere un posto nella scienza?

''Il dogma centrale della biologia molecolare riguarda il trasferimento dettagliato, residuo per residuo, di informazioni sequenziali dal DNA alla proteina tramite l'RNA. Afferma che tale informazione è unidirezionale dal DNA alla proteina e non può essere trasferita da proteina a proteina o acido nucleico'' (Crick F.,1970).

Stanley Miller eseguì esperimenti nel 1952 e un altro nel 1959 per comprendere e decifrare le origini della vita nell'ambiente terrestre primordiale e visse fino al 2007. Durante il suo tempo, il DNA era inteso come un'importante molecola biologica, in realtà la più importante molecola biologica in termini di polimero informativo. Tuttavia, Miller sembrava aver completamente mancato di menzionare esplicitamente la "molecola informativa correlata all'acido nucleico" nelle sue opere e nei suoi pensieri.

Un aspetto curioso dell'esperimento di Miller è il motivo per cui ha mancato di cercare il polimero informativo dell'acido nucleico nelle condizioni della Terra primitiva e si è concentrato solo sugli amminoacidi? È perché non ha usato precursori del fosfato, anche se è probabile che il fosforo sia presente in condizioni di eruzione vulcanica primitiva? O pensava che le proteine potrebbe essere solo il polimero informativo e quindi ha cercato solo gli amminoacidi? Era convinto che le proteine ​​fossero la base per l'origine della vita e quindi cercava solo l'esistenza degli amminoacidi nel suo esperimento o il fatto che le proteine ​​svolgono tutte le funzioni nel corpo umano e sono la base di ciò che siamo fenotipicamente e quindi siamo più importante degli acidi nucleici, cosa che avrebbe potuto pensare a quel tempo?

Si sapeva molto sulle proteine ​​e sulla loro funzionalità 70 anni fa e meno sull'acido nucleico a quel tempo. Poiché le proteine ​​sono responsabili di tutte le reazioni biologiche del corpo, Miller pensava che dovessero essere portatrici di informazioni; e quindi cercò blocchi di proteine ​​solo nei suoi esperimenti. È plausibile che si siano formati anche blocchi di acido nucleico, ma erano presenti in tali quantità di tracce che non potevano essere rilevate a causa della mancanza di strumentazione sofisticata.

DNA struttura è stata rivelata un anno dopo, nel 1953, che ha proposto una struttura a doppia elica per il DNA e ha parlato della sua proprietà replicativa. Questo ha dato vita al famoso 'Dogma centrale of Molecular Biology' nel 1970 dal famoso scienziato Francis Crick!1 E gli scienziati si sono così sintonizzati e si sono convinti del dogma centrale che non hanno guardato indietro ai precursori dell'acido nucleico nelle condizioni primitive della terra.

La storia non sembra finire con Miller; nessuno sembra aver cercato precursori di acidi nucleici in condizioni primitive della terra per molto tempo - qualcosa di molto sorprendente in questa fase in rapida evoluzione della scienza. Sebbene ci siano segnalazioni di sintesi di adenina in un contesto prebiotico2 ma rapporti significativi sulla sintesi prebiotica dei precursori dei nucleotidi furono di Sutherland3 nel 2009 e in avanti. Nel 2017 ricercatori4 hanno simulato condizioni riducenti simili a quelle utilizzate da Miller e Urey per produrre basi azotate di RNA utilizzando scariche elettriche e impatti al plasma ad alta potenza guidati da laser.

Se Miller avesse effettivamente pensato alla proteina come polimero informativo, allora sorgerebbe la domanda: "La proteina è davvero un polimero informativo"? Dopo quasi mezzo secolo di dominio del "dogma centrale", possiamo vedere l'articolo di Koonin5 del 2012 dal titolo "Il dogma centrale è ancora valido? La storia del prione, una proteina mal ripiegata che causa la malattia, è un esempio calzante. Perché la proteina prionica mal ripiegata nel corpo non innesca la risposta immunitaria e/o viene eliminata dal sistema? Invece, questa proteina mal ripiegata inizia a rendere "cattive" altre proteine ​​simili ad essa, come nel caso della malattia da CZD. Perché le proteine ​​"buone" vengono guidate/dettate dall'altra proteina "cattiva" per essere mal ripiegate e perché il macchinario cellulare non lo ferma? Quali informazioni ha questa proteina mal ripiegata che viene "trasferita" ad altre proteine ​​simili e iniziano ad agire in modo irregolare? Inoltre, i prioni mostrano proprietà estremamente insolite, in particolare una straordinaria resistenza al trattamento che inattiva anche le più piccole molecole di acido nucleico come l'irradiazione UV ad alte dosi.6. I prioni possono essere distrutti mediante preriscaldamento a temperature superiori a 100°C in presenza di detergenti seguito da trattamento enzimatico7.

Studi sul lievito hanno dimostrato che le proteine ​​prioniche possiedono un dominio disordinato che determina il prione che innesca la sua transizione conformazionale da proteina buona a proteina "cattiva".8. La conformazione prionica si forma spontaneamente a bassa frequenza (dell'ordine di 10-6)9 e il passaggio da e verso lo stato prionico aumenta in condizioni di stress10. I mutanti sono stati isolati in geni di prioni eterologhi, con una frequenza molto più alta di formazione di prioni11.

Gli studi di cui sopra suggeriscono che le proteine ​​prioniche mal ripiegate trasmettono informazioni ad altre proteine ​​e possono eventualmente tornare al DNA per innescare mutazioni nei geni prionici? L'assimilazione genetica dell'ereditarietà fenotipica prione-dipendente suggerisce che potrebbe essere possibile. Tuttavia, fino ad oggi, la traduzione inversa (dalla proteina al DNA) non è stata scoperta e sembra altamente improbabile che venga mai scoperta a causa della forte influenza del dogma centrale e della potenziale mancanza di fondi per tali sforzi. Tuttavia, è concepibile che i meccanismi molecolari sottostanti per il canale di trasferimento delle informazioni dalla proteina al DNA siano completamente diversi dall'ipotetica traduzione inversa e possano venire alla luce ad un certo punto nel tempo. È difficile rispondere a questa domanda, ma certamente lo spirito di indagine libero e libero è il segno distintivo della scienza e sposarsi con un dogma o un culto è un anatema per la scienza e ha il potenziale per programmare il pensiero della comunità scientifica.

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Riferimenti:

1. Crick F., 1970. Dogma centrale di biologia molecolare. Natura 227, 561-563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0

2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey e oltre: cosa abbiamo imparato sulle reazioni di sintesi organica prebiotica negli ultimi 60 anni? Rassegna annuale di Scienze della Terra e del pianeta. vol. 41:207-229 (Data di pubblicazione del volume maggio 2013) Pubblicato per la prima volta online come Review in Advance il 7 marzo 2013. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457

3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Sintesi di ribonucleotidi pirimidinici attivati ​​in condizioni prebiotiche plausibili. Natura 459, 239-242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013

4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Formazione di basi azotate in un'atmosfera riducente Miller-Urey. PNAS 25 aprile 2017 114 (17) 4306-4311; pubblicato per la prima volta il 10 aprile 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

5. Koonin, EV 2012. Il dogma centrale è ancora valido?. Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27

6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: I prioni di scrapie purificati resistono all'inattivazione mediante irradiazione UV. J Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Disponibile online su https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/

7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ, et al 2003. Degradazione enzimatica della proteina prionica nel tronco cerebrale da bovini e ovini infetti. The Journal of Infectious Diseases, Volume 188, Issue 11, 1 dicembre 2003, pagine 1782–1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.

8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: un monomero prionico di lievito nativamente sviluppato adotta un insieme di strutture collassate e rapidamente fluttuanti. Proc Natl Acad Sci US A. 2007, 104 (8): 2649-2654. 10.1073/pnas.0611503104..DOI:: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104

9. Chernoff YO, Newnam GP, Kumar J, Allen K, Zink AD: prove di un mutatore proteico nel lievito: ruolo del chaperone ssb correlato a Hsp70 nella formazione, stabilità e tossicità del prione [PSI]. Mol Cell Biol. 1999, 19 (12): 8103-8112. DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103

10. Halfmann R, Alberti S, Lindquist S: prioni, omeostasi proteica e diversità fenotipica. Trends Cell Biol. 2010, 20 (3): 125-133. 10.1016/j.tcb.2009.12.003.DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003

11. Tuite M, Stojanovski K, Ness F, Merritt G, Koloteva-Levine N: Fattori cellulari importanti per la formazione de novo dei prioni di lievito. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083

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Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://www.RajeevSoni.org/
Il dottor Rajeev Soni (ID ORCID: 0000-0001-7126-5864) ha un dottorato di ricerca. in Biotecnologie presso l'Università di Cambridge, Regno Unito e ha 25 anni di esperienza lavorando in tutto il mondo in vari istituti e multinazionali come The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux e come ricercatore principale con US Naval Research Lab nella scoperta di farmaci, nella diagnostica molecolare, nell'espressione proteica, nella produzione biologica e nello sviluppo del business.

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