Dal San Raffaele una nuova tecnica per predire il comportamento delle cellule

Pubblicato il: 12 Ottobre 2021|

Leggere la sequenza del genoma umano non basta. Per studiare meglio i sistemi dinamici delle cellule, come lo sviluppo embrionale, la medicina rigenerativa e i tumori, è necessario sapere anche come si comporterà la cellula. Per predirlo i ricercatori del Centro di Scienze Omiche dell’IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano hanno messo a punto una tecnica di analisi genetica ed epigenetica chiamata “scGET-seq”, che permette di ottenere contemporaneamente – e per ogni singola cellula di un tessuto – sia la sequenza di Dna sia il suo stato di compattamento nel nucleo, fornisce informazioni preziose per predire il comportamento della cellula.
Si tratta di uno strumento utile per capire cosa accade dentro le cellule e i tessuti del nostro organismo, da da cui dipende la messa a punto di nuove strategie terapeutiche e lo studio della loro efficacia. La scoperta è stata pubblicata su Nature Biotechnology.

Il nuovo strumento biotecnologico

Il gruppo di ricercatori diretti da Giovanni Tonon, ha inventato questa nuova tecnica di analisi partendo da un enzima già esistente in natura, il cui compito abituale è spostare pezzi del genoma da una posizione all’altra della sequenza, attraverso un processo di “taglia e cuci”. Tramite l’ingegnerizzazione dell’enzima, i ricercatori sono riusciti a ottenere uno strumento biotecnologico completamente nuovo: una molecola in grado di leggere allo stesso tempo lo stato di apertura della cromatina e la sequenza di Dna.

Dna, proteine e cromatina

Il Dna è conservato all’interno del nucleo delle cellule in una forma altamente compatta: arrotolato più volte attorno a delle specifiche proteine, come un fittissimo gomitolo. È solo grazie a questa conformazione che il nostro genoma – lungo circa 2 metri e piuttosto fragile – è in grado di conservarsi stabilmente all’interno delle cellule. Questo insieme di Dna e proteine attorno a cui si arrotola, si chiama cromatina ed è una struttura altamente dinamica. La cellula ha infatti continuamente bisogno di accedere a parti diverse della sequenza di Dna per leggere i geni e tradurli in proteine. Questo significa che la cromatina deve continuamente aprirsi e chiudersi in punti diversi.

Il comportamento cellulare

“Se conoscere la sequenza di Dna di una cellula ci dà moltissime informazioni sulla sua identità, perché ci dice che cosa è potenzialmente in grado di fare, lo stato di apertura e chiusura della cromatina ci dice di più su come la cellula si stia comportando,” spiega Francesca Giannese responsabile con Davide Cittaro dell’area bioinformatica dell’innovation lab che ha sviluppato lo strumento. “L’apertura della cromatina è infatti necessaria per poter accedere a una data porzione del Dna e quindi per tradurre un gene in proteina e attivare qualsiasi processo cellulare. La nostra tecnica permette di ottenere entrambe le informazioni.”

Predire il comportamento cellulare

“Il livello di informazioni ottenute per singola cellula è abbastanza dettagliato da consentire anche la costruzione di una sorta di modello predittivo del comportamento cellulare, tramite un approccio computazionale” continua Davide Cittaro. “Siamo cioè in grado di capire, partendo dalla conformazione della cromatina, in che direzione stiano andando le cellule di un tessuto: quali geni stiano per leggere e quindi quali programmi cellulari stiano avviando”.

Le applicazioni in oncologia

Questo può avere un’implicazione molto importante nello studio di sistemi altamente dinamici, come lo sviluppo embrionale – durante il quale le cellule si differenziano e vanno a formare i vari tessuti – o come il cancro. Le cellule tumorali sono infatti sottoposte a una notevole pressione selettiva e sono per questo in continuo cambiamento.
“L’evoluzione delle cellule tumorali verso comportamenti sempre più aggressivi e lo sviluppo di fenomeni di resistenza ai farmaci sono dovuti solo in parte all’emergere di nuove mutazioni nel Dna del tumore,” spiega Giovanni Tonon, direttore del Centro di Scienze Omiche e responsabile del laboratorio Genomica Funzionale del Cancro presso il San Raffaele. “Una parte importante di queste nuove abilità del tumore dipende invece da modifiche nel comportamento della cellula, ovvero da modifiche epigenetiche: a cambiare è il modo in cui le cellule tumorali leggono e utilizzano il Dna, non il Dna di per sé. Ecco perché lo strumento che abbiamo messo a punto è così importante per la ricerca contro il cancro: potrà aiutarci a prevedere e comprendere meglio il comportamento delle cellule malate, aiutandoci a sviluppare nuove terapie ed approcci sempre più precisi.”
La ricerca è stata possibile grazie al sostegno di Fondazione Airc per la ricerca sul cancro, di Cancer Research Uk e del Ministero della Salute Italiano.

Tag: cellule / dna / epigenetica / genoma / oncologia / Ospedale San Raffaele di Milano /

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