Gene

gene

gène s. m. – Un g., ovvero l'unità genetica localizzata nei cromosomi che, attraverso l’interazione con l’ambiente interno ed esterno, controlla lo sviluppo di un carattere o fenotipo, è costituito da una sequenza lineare di nucleotidi, può autoreplicarsi ed essere trasmesso ai discendenti; l’informazione genetica è scritta secondo un codice a triplette basato sulla sequenza di quattro basi. I g. vengono suddivisi in due classi: i g. strutturali sono destinati a essere trascritti in RNA messaggero (mRNA) per poi essere tradotti nelle catene polipeptidiche, oppure contengono l’informazione per gli RNA come tali; i g. regolatori esprimono molecole proteiche in grado di regolare l’attività di altri geni. I g. che esprimono una catena polipeptidica sono quelli di gran lunga più studiati, al punto che, a meno di precisazioni, quando si dice «gene» comunemente ci si riferisce a essi. I g. hanno struttura complessa caratterizzata dalla presenza di introni, sequenze di nucleotidi che non portano informazione per nessuna proteina, e di esoni, che corrispondono alle zone che vengono tradotte in sequenze di aminoacidi o proteine. L’espressione del g., ossia la sua traduzione nella catena polipeptidica, non avviene direttamente, ma attraverso un processo i cui punti fondamentali sono: la trascrizione dell’informazione del DNA nell’RNA nucleare (pre-mRNA o trascritto primario); la maturazione, negli eucarioti, del trascritto primario in mRNA maturo, attraverso lo splicing (processo di eliminazione degli introni); il trasferimento nel citoplasma e la traduzione della sequenza nucleotidica degli mRNA nelle sequenze aminoacidiche delle proteine che essi codificano.

Geni ortodossi e geni eretici. – All’inizio del 21° sec. il concetto di g. è rimasto in gran parte immodificato, malgrado l’enorme aumento delle conoscenze. Si è trattato infatti di un progresso soprattutto quantitativo, nel senso che ora si conosce la sequenza di molte decine di migliaia di g., ossia di un numero a cui non si era sperato di arrivare nemmeno con le previsioni più ottimistiche; ma il concetto che abbiamo ora dei g. e del loro modo di funzionare non è cambiato molto, almeno per quanto riguarda i g. strutturali ‘ortodossi’, che si ritiene costituiscano la grande maggioranza dei g. strutturali. Sono emerse però due importanti eccezioni, rappresentate dai geni ‘eretici’.

Geni eretici perché contraddicono il dogma della genetica molecolare. – È noto che in uno stesso organismo cellule somatiche diverse sintetizzano catene polipeptidiche diverse, ma la spiegazione classica (e mai contestata fino agli anni Settanta del 20° sec.) di questo fenomeno di differenziazione biochimica (alla base degli altri tipi di differenziazione di ordine gerarchico superiore, come, per es., quella morfologica) era che cellule diverse di uno stesso organismo producono catene polipeptidiche diverse, perché esprimono g. differenti, pur avendo tutte gli stessi geni. E questo è certamente vero, con l’eccezione dei geni IG delle immunoglobuline dei linfociti B e dei geni TCR (T-cell receptor) dei linfociti T. Ci si è accorti (prima solo sul piano logico e in seguito constatandolo direttamente a livello del DNA) che il dogma a cui si è accennato consiste in realtà di due dogmi, e che solo il primo (quello che afferma che se una cellula produce una determinata proteina, vuol dire che quella cellula ha il g. strutturale per quella catena polipeptidica) è assolutamente irrinunciabile. Al secondo (quello che affermava che se una cellula somatica di un organismo ha un g., vuol dire che lo hanno tutte le altre cellule somatiche di quell’organismo), invece, si poteva e si doveva rinunciare affermando che i diversi cloni di linfociti B producono immunoglobuline diverse perché hanno g. IG diversi.

Geni eretici perché comprendono sequenze che codificano proteine diverse. – Era noto già dalla metà degli anni Settanta del 20° sec. che alcuni pre-mRNA (RNA immaturo) possono andare incontro a splicing diversi, dando così origine a mRNA differenti e quindi a catene polipeptidiche diverse per certe particolari proprietà. L’esempio più noto era quello delle immunoglobuline, che nei linfociti B si localizzano nella membrana cellulare e si comportano da recettori di membrana, mentre nelle plasmacellule sono secrete e diventano anticorpi circolanti. Sono stati scoperti in seguito molti g. i cui pre-mRNA subiscono splicing alternativi, dando così origine ad alcuni tipi diversi di catene polipeptidiche. Ma solo nel primo decennio del 21° sec. sono stati scoperti g. che, per splicing alternativi, danno origine non a pochi tipi diversi di mRNA, ma addirittura a molte migliaia di differenti mRNA. Questo fenomeno riguarda alcuni dei g. che si esprimono nel sistema nervoso ed è sicuramente implicato nel determinare l’estremo grado di plasticità di questo sistema. È evidente che per i g. di questa classe è caduta completamente la relazione in genere stretta tra numero di g. e numero di tipi di proteine sintetizzate in un organismo.