Meccanismi di memoria cellulare nei processi differenziativi

Processi differenziativi e impegni

I processi differenziativi sono basati su cambiamenti di piani di espressione genica lungo un percorso che va dalla cellula proliferante a quella terminalmente differenziata che non si divide più. In biologia questi cambiamenti progressivi che portano a specializzazioni funzionali via via più mirate sono chiamati impegni (dall’inglese commitment) e le cellule che intraprendono la via differenziativa vengono definite impegnate (committed). I meccanismi di regolazione dell’espressione genica con cui si attua l’ampia gamma di piani di differenziamento delle cellule animali, anche se molteplici, sono perlopiù basati sulla sintesi di fattori di crescita specifici e RNA con funzione regolatoria.

Meccanismi di memoria cellulare

Come si mantengono in una cellula i cambiamenti di espressione genica in modo da non variare il tipo di differenziamento?

Come si trasmettere via via questo impegno alle cellule figlie nei diversi stadi fino al termine del differenziamento?

Questo processo va sotto il nome di memoria cellulare e si basa almeno su tre meccanismi a oggi noti:

• i circuiti a retroazione (feedback) positiva
• la metilazione del DNA
• la modificazione degli istoni

Retroazione positiva e metilazione

Nei processi a retroazione positiva un regolatore della trascrizione dei geni per lo specifico tessuto è allo stesso tempo anche attivatore della trascrizione di se stesso; in questo modo quando verrà distribuito alle cellule figlie durante le divisioni cellulari potrà stimolare la propria sintesi in ognuna di esse mantenendo un livello di espressione invariato durante le generazioni cellulari successive.

La metilazione delle citosine del DNA dei geni la cui espressione deve essere inibita o bloccata porta al reclutamento di alcune proteine che effettivamente impediscono la trascrizione del gene e questo profilo di metilazione si trasmette alle cellule figlie mediante un enzima che copia la metilazione del filamento parentale su quello neosintetizzato.

Modificazioni degli istoni

Le modificazioni degli istoni dipendono, dalla presenza nella cellula, di enzimi che producono sugli istoni dei cambiamenti permanenti (acetilazioni/deacetilazioni, metilazioni) che a loro volta determinano la regolazione dell’espressione di specifici geni. Gli istoni modificati trasmessi alla progenie richiamano nelle cellule figlie gli stessi enzimi modificatori che agiranno sugli istoni neo-sintetizzati modificandoli a loro volta e mantenendo così la memoria cellulare.