Il DNA non codificante, o junk DNA, è quella parte di DNA che non contiene informazioni per le proteine, dunque non viene tradotto.
IN BREVE
Indice
DNA NON CODIFICANTE O JUNK DNA
Quando parliamo di junk DNA ci riferiamo a quella parte di DNA definito DNA non codificante. È una sequenza del genoma umano che non viene tradotto a causa della mancanza di informazioni per le proteine. È stato soprannominato “DNA spazzatura” negli anni ’60 poiché inizialmente la sua funzione veniva ignorata e sembrava non servire a nulla. La sua natura fu discussa per la prima volta dal biologo genomico David Comings che applicò il termine a tutto il DNA non codificante. Avendo notato la vera importanza di questa sequenza di DNA il termine venne normalizzato da Susumu Ohno.

Il genoma umano infatti è composto da sequenze non codificanti per circa il 98,5% comprendendo introni ed esoni. Questi ultimi vengono codificati insieme agli introni dalle RNA polimerasi durante il processo di trascrizione. Mentre le sequenze codificate dagli esoni vengono rappresentate dal codice espresso negli mRNA maturi, le sequenze di RNA che corrispondono agli introni vengono rimosse dall’RNA in fase di maturazione senza apportare nessun tipo di modifica alla sintesi proteica.
La sintesi proteica
Attraverso la sintesi delle proteine la cellula produce le proteine di cui necessita grazie alle informazioni presenti nel DNA, contenente i geni. Si articola in due fasi fondamentali:
- Trascrizione del DNA: un filamento di DNA di uno specifico gene viene copiato per far si che si sintetizzi una molecola complementare di RNA. L’enzima chiave è l’RNA polimerasi che si lega al DNA in corrispondenza del promotore che detta l’inizio della trascrizione. Una sequenza di stop ne indica invece la fine. L’RNA messaggero viene sintetizzato e serve da stampo per la sintesi delle proteine. L’RNA maturo risulta inoltre più corto perché nel processo di trascrizione vengono eliminate le sequenze di introni e mantenute solo quelle codificanti di esoni.
- Traduzione: Una seconda molecola di RNA (RNA transfer) si lega ad uno specifico ammminoacido riconoscendo il codice genetico presente nell’mRNA traducendolo nel linguaggio delle proteine. Si crea quindi una catena polipeptidica.

In questo processo appena descritto il DNA non codificante è quella parte di DNA che non codifica sequenze proteiche, di conseguenza non viene tradotto ma è necessario durante lo tutto lo sviluppo. Svolge anche un ruolo fondamentale nell’epigenetica.
EPIGENETICA
Si tratta di una branca della genetica che studia i cambiamenti del fenotipo ereditabile senza alterare il genotipo o sequenze nucleotidiche. Alcuni esempi sono la metilazione del DNA o le modifiche degli istoni che inducono solamente un’alterazione a livello genico. Nella biologia evolutiva il DNA non codificante è quella sequenza la cui presenza non influisce sul patrimonio genetico di un individuo. Molti studi recentemente effettuati sul genoma hanno portato alla conclusione che molte variazioni di DNA e molti tratti umani riscontrano dei mutamenti proprio a livello delle regioni non codificanti. Le sequenze codificanti costituiscono l’1,22% del genoma umano, di conseguenza la parte non codificante è maggiore.

Molte sequenze non codificanti vengono mantenute nel genoma a causa dei loro effetti indipendenti e anche a causa del loro ruolo nel determinare il volume nucleare. Un’ipotesi emersa dagli studi ha dimostrato come i processi di trascrizione e splicing degli introni possano essere fondamentali per il meccanismo secondo il quale viene regolata l’espressione dei geni. Un esperimento ha infatti mostrato che le interazioni nel gene del topo Hes7 causano un ritardo di 19 minuti nella sua espressione. Grazie alla rimozione degli introni l’espressione oscillante del gene è sparita, portando a gravi difetti di segmentazione nello sviluppo del topo. È stato scoperto dunque che gli introni e il loro splicing aumentano l’espressione genica.
Epigenoma in correlazione a malattie renali croniche
L’epigenoma codifica informazioni per la regolazione dell’espressione genica ed è specifico per ogni tipo di cellula. Nutrienti e fattori ambientali causano cambiamenti a livello dell’epigenoma che gioca anche un ruolo fondamentale nello sviluppo di malattie gene-ambientali complesse. Nonostante la genetica della malattia renale cronica rimanga abbastanza inesplorata e complessa recenti studi hanno dimostrato che diversi fattori ambientali hanno un effetto duraturo sul suo sviluppo.

La malnutrizione uterina ad esempio è stata associata anche allo sviluppo di malattie renali, poiché associata ad un numero di neufroni ridotto che determina un aumento della pressione glomerulare dei nefroni restanti. L’epigenoma potrebbe essere un mediatore importante di questo effetto ambientale intrauterino di lunga durata. Un altro requisito fondamentale per capire a pieno lo sviluppo della malattia è l’analisi di tipi di cellule per comprendere il ruolo dell’epigenetica. In un documento pubblicato nel 2010 in cui sono contenuti informazioni riguardo agli studi effettuati nel laboratorio di Zeisberg è stata mostrata la differenza nei profili di metilazione della citosina dei fibroblasti isolati dai reni di controllo. Le alterazioni epigenetiche sono dunque molto importanti per lo sviluppo di test clinici basati su terapie comprendenti l’epigenoma.
Ruolo del DNA non codificante nelle malattie cardiovascolari
Il DNA non codificante ha svolto un ruolo fondamentale negli esperimenti effettuati nel campo delle malattie genetiche che ha cambiato il modo di trattare i pazienti. Può infatti regolare i geni e aumentare il rischio di malattie cardiovascolari. Ad esempio: sappiamo che è stata dimostrata una forte associazione tra il locus genetico 9p21 e la presenza di malattie cardiovascolari. Un elemento di DNA non codificante situato in quel locus specifico controlla l’espressione genica vascolare e può spiegare la sua associazione con la malattia. Una delezione a livello di un segmento di uno specifico cromosoma nei topi, il rispettivo della regione 9p21 nell’uomo, ha mostrato un aumento di peso e mortalità nei soggetti presi in questione. La delezione ha anche causato la perdita di due geni adiacenti che hanno mostrato una diminuzione dell’espressione nel tessuto vascolare. Quasi la metà dei loci genetici correlati ad un’ampia varietà di malattie sono stati riscontrati su sequenze non codificanti. Da ciò si deduce che molti elementi del DNA non codificante possono essere coinvolti nella patogenesi della malattia ed essere considerati come eventuali indicatori di rischio.
DNA non codificante e cromosomi sessuali
Il DNA non codificante è stato definito come una forza evolutiva per quanto riguarda le funzioni geniche e cromosomiche. Si è recentemente discussa la possibilità che l’accumulo di “DNA spazzatura” inizi nella fase iniziale dello sviluppo dei cromosomi sessuali e che la presenza di esso sui cromosomi Y sia un sintomo della loro degenerazione. Studi hanno dimostrato che molti cromosomi Y animali hanno più eterocromatina dovute a sequenze ripetitive, che inducono ricombinazioni anormali, rispetto ai cromosomi X e agli autosomi.

Un esempio è dimostrato dalla mosca della frutta Drosophila melanogaster, oltre che dall’uomo, dove il cromosoma a Y è più piccolo del cromosoma X. I cromosomi Y delle piante evolutivamente giovani riscontrano più sequenze ripetitive che potrebbero contribuire ad aumentare le dimensioni dei cromosomi in questione e mantenere la maggior parte del DNA nel genoma maschile.
ETICA LEGATA AL DNA-PROFILING NEI CASI PENALI
Il DNA-profiling è una nuova tecnica usata nella genetica forense in grado di riprodurre attraverso la replicazione del DNA in provetta l’identificazione univoca di una persona. Molto spesso ciò ha portato a preoccupazioni etiche tanto che il 21 maggio 2008 il presidente George W. Bush firmando la legge Genetic Information Nondiscrimination Act (GINA) ha fatto in modo che i datori di lavoro non discriminassero una persona vietando loro di accedere alle informazioni derivate da test genetici.

Differentemente nel Regno Unito non sono state prese decisioni simili sull’uso delle informazioni genetiche a fini di indagini penali nonostante il DNA sia una componente del tessuto umano (Human Tissue Act 2004) e, secondo la legge britannica, c’è bisogno di un consenso prima che posa essere utilizzato per scopo medico. Attualmente la polizia in Gran Bretagna è autorizzata a raccogliere materiale genetico da qualsiasi oggetto e mantenerlo per futuri scopi di rilevamento dei crimini. La decodifica del genoma umano ha avuto inizio nel 2003 e ad oggi è possibile rilevare DNA da piccole quantità di capelli o denti o ossa. Vista l’importanza del DNA non codificante questo può essere implicato nella ricerca di DNA-profiling poiché questo processo è principalmente incentrato sull’uso di microsatelliti. Si tratta di sequenze di DNA non codificante, anche conosciute come Short Tandem Repeats (STR), disposte secondo una ripetizione in tandem. La loro variazione è utilizzata per distinguere specificatamente un profilo di DNA da un altro. Dunque è stato notato negli anni che una parte di DNA non codificante può essere un marker biologico per tratti particolari, quindi fondamentale per individuare e distinguere ogni singolo dettaglio.
Fonte
- The Case for Junk DNA
NCBI - Can ENCODE tell us how much we carry in our genome?
Biochemical and Biophysical Research Communications - Epigenomics: The science of no-longer-“junk” DNA. Why study it in chronic kidney disease?
NCBI - The Role of Noncoding “Junk DNA” in Cardiovascular Disease
Clinical Chemistry - Junk DNA promotes sex chromosome evolution
Nature - Whose DNA is it anyway? European Court, junk DNA, and the problem with prediction
ResearchGate