Il genoma rivela i segreti della longevità record dello squalo della Groenlandia
Lo squalo della Groenlandia (Somniosus microcephalus), un elusivo abitante delle profondità dell'Atlantico settentrionale e dell'Oceano Artico, è il vertebrato più longevo al mondo, con una durata di vita stimata di circa 400 anni. Lo studio “The Greenland shark (Somniosus microcephalus) genome provides insights into extreme longevity”, pubblicato su bioRxiv da un team internazionale di ricercatori che comprendeva anche scienziati dell'Istituto di biofisica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ibf) e della Scuola Normale Superiore di Pisa (SNS) ha mappato per la prima volta il genoma di uno squalo della Groenlandia, facendo così luce sui meccanismi molecolari associati alla longevità di questa straordinaria specie.
Il team ritiene che lo studio sia un primo passo essenziale per comprendere come evolve la longevità in molti altri organismi e uno degli autori, Paolo Domenici del Cnr-Ibf di Pisa, evidenzia che «Il nostro progetto sul genoma fornisce una base per molti studi indipendenti che ci aiuteranno a comprendere meglio l'evoluzione di questa straordinaria specie»
Un altro autore dello studio, il neurobiologo Alessandro Cellerino del Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI) e della SNS, aggiunge che «Esplorare le basi genetiche dell'enorme diversità della durata della vita nell'albero della vita offre una prospettiva completamente nuova per indagare i meccanismi che consentono una longevità eccezionale. Questo è uno dei motivi per cui abbiamo deciso di rendere il genoma immediatamente disponibile alla comunità scientifica. Esplorare le basi genetiche dell'enorme diversità della durata della vita nelle varie specie offre una prospettiva completamente nuova per indagare i meccanismi che consentono una longevità eccezionale».
Solo pochi animali complessi possono vivere più a lungo degli esseri umani: un esempio notevole sono le tartarughe giganti, come Jonathan, un esemplare di 191 anni che attualmente vive a Sant'Elena. Tuttavia, questo record impallidisce rispetto allo squalo della Groenlandia e Domenici fa notare che «Si tratta di una specie ancora piuttosto misteriosa, poiché vive in acque profonde. Per questo le uniche osservazioni del suo comportamento naturale che abbiamo sono da video effettuati in profondità, che mostrano quanto sia lento nei suoi movimenti, una caratteristica in linea con la sua longevità. Sappiamo anche che si ciba di foche, e non è ancora chiaro come un animale così lento le possa catturare: ecco un altro mistero che ancora avvolge la specie. Il nostro progetto sul genoma fornisce ora una base per molti studi indipendenti che ci aiuteranno a comprendere meglio l'evoluzione di questa straordinaria specie».
Cellerino sottolinea che «Questo è uno dei motivi per cui abbiamo deciso di rendere il genoma immediatamente disponibile alla comunità scientifica. La sequenza del genoma e le corrispondenti risorse web fornite dal team consentono ai ricercatori di tutto il mondo di analizzare la versione dello squalo della Groenlandia dei loro geni di interesse».
John Fleng Steffensen della Københavns Universitet è convinto che « Questo lavoro è una pietra miliare per una migliore comprensione delle basi della fisiologia estrema dello squalo della Groenlandia. Inoltre, ci aiuta a valutare la loro diversità genomica e quindi la dimensione della popolazione di questa specie vulnerabile per la prima volta».
Al Cnr dicono che «Il sequenziamento dell’intero genoma è stata un’operazione particolarmente complessa: con 6,5 miliardi di coppie di basi, infatti, il codice genetico dello squalo della Groenlandia è lungo il doppio di quello di un essere umano ed è il più grande tra le sequenze del genoma degli squali ad oggi conosciute. Inoltre, oltre il 70% di tale genoma comprende elementi ripetitivi e spesso autoreplicanti, detti anche “egoisti” perché non portano informazione e possono distruggere l'integrità di geni essenziali e ridurre la stabilità complessiva del genoma. Nel caso dello squalo della Groenlandia, tuttavia, l'elevato contenuto di ripetizioni non sembra limitare la sua durata di vita: al contrario, i ricercatori ritengono che l'espansione di tali elementi possa addirittura contribuire alla longevità di questa specie. Talvolta, infatti, nel processo di replicazione essi possono “sequestrare” di geni funzionalmente più rilevanti che vengono copiati anch’essi: un meccanismo che potrebbe spiegare l'evoluzione di questa specie in particolare. Sorprendentemente, molti geni duplicati sono coinvolti nella “riparazione” dei danni al DNA: in questo meccanismo potrebbe risiedere un’ulteriore chiave per spiegarne la longevità. In ciascuna delle nostre cellule, infatti, il DNA subisce “danni” migliaia di volte al giorno, e meccanismi molecolari specializzati lo riparano costantemente. Studi genomici comparativi hanno rivelato come le specie di mammiferi particolarmente longevi siano anche eccezionalmente efficienti nel riparare il loro DNA: secondo il team, pertanto, i risultati ottenuti indicano come la riparazione del DNA potrebbe rappresentare un meccanismo generale alla base dell'evoluzione della longevità».
Riferendosi agli studi sul genoma dell'axolotl e del dipnoo recentemente pubblicati, Il principale autore dello studio, Arne Sahm della Ruhr-Universität Bochum, conferma: «Ci sono solo pochi animali sequenziati finora che hanno un genoma ancora più grande. Per quanto riguarda l'axolotl e il dipnoo, le enormi dimensioni del genoma dello squalo della Groenlandia sono dovute principalmente alla presenza di elementi ripetitivi e frequentemente autoreplicanti. Tali elementi trasponibili, a volte chiamati geni saltanti o egoisti e spesso considerati parassiti genomici, rappresentano oltre il 70% del genoma dello squalo della Groenlandia. E’ interessante notare che un elevato contenuto di ripetizioni è spesso considerato dannoso poiché i geni saltanti possono distruggere l'integrità di altri geni e ridurre la stabilità complessiva del genoma. Nel caso dello squalo della Groenlandia, tuttavia, l'elevato contenuto ripetuto non sembra averne limitato la durata di vita».
A volte, altri geni funzionalmente più rilevanti possono "dirottare" il macchinario molecolare codificato dagli elementi trasponibili per moltiplicarsi. Il team suggerisce che «diversi geni regolari abbiano colto questa opportunità durante l'evoluzione dello squalo della Groenlandia. Sorprendentemente, molti geni duplicati sono coinvolti nella riparazione dei danni al DNA.
Cellerino spiega ancora: «In ciascuna delle nostre cellule, il DNA subisce danni migliaia di volte al giorno e meccanismi molecolari specializzati lo riparano costantemente. Una scoperta notevole degli studi genomici comparativi è che le specie di mammiferi longeve sono eccezionalmente efficienti nel riparare il loro DNA». Quindi, i risultati del team indicano che la riparazione del DNA può rappresentare un meccanismo generale alla base dell'evoluzione della longevità eccezionale. Sahm aggiunge: «Siamo tentati di ipotizzare che l'evoluzione dello squalo della Groenlandia abbia trovato un modo per controbilanciare gli effetti negativi degli elementi trasponibili sulla stabilità del DNA, dirottando il macchinario stesso degli elementi trasponibili.
I ricercatori sono anche ansiosi di saperne di più sui meccanismi che controllano la diffusione degli elementi trasponibili ed Helene Kretzmer del Max-Planck-Institut für molekulare Genetik è convinta che «Ora possiamo iniziare a rispondere alla domanda se il silenziamento degli elementi trasponibili negli squali della Groenlandia sia diverso da quello di altre specie».
Il biologo computazionale del FLI Steve Hoffmann, conclude: «E’ stata, inoltre, individuata un'alterazione specifica nella proteina p53, nota anche come "guardiana del genoma", che agisce come uno snodo fondamentale che coordina la risposta ai danni al DNA negli esseri umani e in molte altre specie. Questa proteina è mutata in circa la metà di tutti i tumori umani ed è il più importante soppressore tumorale che conosciamo. Pertanto, è un gene essenziale per la longevità. Il genoma dello squalo della Groenlandia è un passaggio fondamentale per comprendere i meccanismi molecolari dell'invecchiamento in questa specie eccezionalmente longeva, tuttavia, sono necessari ulteriori studi per dimostrare in che misura i cambiamenti della sequenza aminoacidica osservati nei geni critici favoriscano la loro funzione protettiva contribuendo all'eccezionale longevità di questi affascinanti animali».
