L'antico DNA virale modella la placenta umana moderna
"Ci ricorda che c'è ancora molto da imparare sul nostro genoma e su come le antiche infezioni possono influenzare chi siamo oggi"
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Una collaborazione guidata dal Centro Max Delbrück e dall'Università di Bath ha scoperto come un antico DNA virale controlli un gene legato allo sviluppo della placenta e alla pre-eclampsia, un disturbo della gravidanza potenzialmente letale. La ricerca, pubblicata su "Genome Biology", potrebbe aiutare a identificare il rischio di pre-eclampsia molto più precocemente.
Il genoma umano è pieno di reliquie di infezioni virali: pezzi di DNA di virus che sono stati inseriti nel DNA umano nel corso di milioni di anni e non se ne sono mai andati. La maggior parte di essi è silente, ma alcuni hanno assunto ruoli funzionali, in particolare in organi che si evolvono in modo relativamente rapido, tra cui la placenta.
Una collaborazione internazionale tra genetisti, biologi evolutivi, bioinformatici e clinici ha identificato come alcuni di questi antichi frammenti di DNA virale stiano influenzando la nuova vita di oggi, in particolare contribuendo a regolare i geni che controllano il normale sviluppo e funzionamento della placenta. Un gene in particolare, EPS8L1, se sovraespresso, induce le caratteristiche chiave della pre-eclampsia, un disturbo potenzialmente letale durante la gravidanza.
"Questi risultati collegano un profondo processo evolutivo a un problema clinico molto moderno e indicano un potenziale biomarcatore per rilevare il rischio di pre-eclampsia prima che si sviluppino i sintomi", afferma la professoressa Zsuzsanna Izsvák, capogruppo del Mobile DNA Lab presso il Max Delbrück Center di Berlino e coautrice.
Circa il 5% delle gravidanze è affetto da pre-eclampsia, che può essere estremamente pericolosa sia per la madre che per il feto. Non esiste una cura e i casi più gravi richiedono un parto anticipato. La causa precisa del disturbo rimane elusiva, in parte perché è così difficile da studiare.
L'intelligenza artificiale in soccorso
Utilizzando A100 Beast, un modello di apprendimento profondo sviluppato dal dottor Amit Pande nel laboratorio di Izsvák, i ricercatori hanno classificato le sequenze di DNA che regolano l'espressione genica nelle varie specie. "Abbiamo insegnato all'intelligenza artificiale a leggere il DNA come un linguaggio", spiega Pande. "Ha previsto regioni enhancer precedentemente trascurate, molte delle quali di origine virale, dandoci i primi indizi". Nei genomi placentari, A100 Beast ha individuato un gruppo di potenziatori ERV3-MLT1 altamente attivi.
Il laboratorio ha collaborato con l'Università di Bath e con centri clinici, tra cui il laboratorio Blois dell'Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, il laboratorio Müller/Dechend del Centro di ricerca sperimentale e clinica di Berlino-Buch e altri di Essen, Würzburg e Oslo, per analizzare il tessuto placentare di gravidanze sane e di gravidanze con pre-eclampsia. Gli studi hanno confermato che 87 potenziatori derivati dal virus sono attivi nella placenta e che contribuiscono a potenziare l'attività di nove geni comunemente disregolati nella pre-eclampsia.
"Siamo rimasti sorpresi", dice il co-first author Dr. Manvendra Singh, che ha svolto questo lavoro presso il laboratorio di Izsvak ed è ora leader del gruppo all'INSERM di Parigi, "perché abbiamo il DNA di decine di famiglie virali nel nostro genoma, ma era solo una famiglia particolare, ERV3-MLT1, legata alla pre-eclampsia".
Tra i geni comunemente disregolati, il team si è interessato a uno che non era stato studiato prima: EPS8L1. Il gene è espresso nei trofoblasti, le cellule critiche che formano lo strato esterno del blastocito nei primi giorni di gravidanza e diventano la placenta.
Gli studi funzionali, progettati e condotti dalla coautrice, la dottoressa Rabia Anwar del laboratorio Izsvak, hanno dimostrato che quando EPS8L1 è sovraespresso in colture di cellule placentari, le cellule mostrano segni di pre-eclampsia, tra cui una ridotta capacità di invasione dei trofoblasti, un'alterata formazione di vasi sanguigni, stress ossidativo e danni tissutali nelle cellule placentari. Tuttavia, il knockout completo del gene ha portato alla morte cellulare, suggerendo che è necessario per la normale funzione.
Potenziale biomarcatore
L'équipe ha anche scoperto che una forma secreta di EPS8L1 è stata rilevata nel sangue materno, dove i suoi livelli erano correlati con i biomarcatori della pre-eclampsia. Ciò significa che potrebbe essere utilizzato nei pannelli di screening del sangue per la pre-eclampsia precoce, molto prima della comparsa dei sintomi pericolosi.
In particolare, il gene EPS8L1 è risultato costantemente upregolato in tutte le coorti che hanno fornito campioni di tessuto.
"È stato entusiasmante, perché si vuole che un biomarcatore sia presente in un'ampia varietà di contesti etnici per essere il più utile possibile", spiega Rabia Anwar, che ora è ricercatrice post-dottorato presso lo University Health network di Toronto. "Abbiamo anche scoperto che il gene non era associato a un'altra complicazione della gravidanza, un'altra indicazione che potrebbe funzionare bene per la pre-eclampsia nello specifico".
È necessario uno studio clinico più ampio per confermare che la proteina EPS8L1 potrebbe essere utilizzata come biomarcatore per rilevare il rischio di pre-eclampsia nel primo trimestre di gravidanza.
100 milioni di anni fa
Al di là della sua rilevanza medica, lo studio illustra come i virus antichi continuino a plasmare la biologia umana. Il DNA virale oggetto di questo studio è stato introdotto nei primati più di 100 milioni di anni fa, prima di separarsi dai roditori nell'albero evolutivo - cosa che i ricercatori possono confermare perché è presente in un antenato comune dei mammiferi che i primati condividono con i roditori.
"Ci ricorda che c'è ancora molto da imparare sul nostro genoma e su come le antiche infezioni possano influenzare ciò che siamo oggi", aggiunge il professor Laurence D. Hurst, esperto di genetica evolutiva presso l'Università di Bath e autore co-corrispondente.
Il framework di deep-learning A100 Beast è disponibile gratuitamente su Hugging Face Spaces, consentendo ad altri scienziati di esplorare gli enhancer virali e non virali nelle varie specie.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Rabia Anwar, Amit Pande, Manvendra Singh, Zhi Huang, Eve Hallett, Yiran Xie, Alexandra Gellhaus, Florian Herse, Olivia Nonn, Martin Gauster, Tamás Raskó, Matthias Selbach, Stefan Verlohren, Anne Cathrine Staff, Ralf Dechend, Ulrich Pecks, Sandra M. Blois, Laurence D. Hurst, Zsuzsanna Izsvák; "ERV3-MLT1 provides cis-regulatory elements for human placental functioning and are commonly dysregulated in human-specific preeclampsia"; Genome Biology, Volume 26, 2025-11-5
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