Inventata al San Raffaele di Milano una nuova tecnica di analisi ‘OMICA’
Le tecniche di analisi genetica ed epigenetica sono strumenti imprescindibili per capire cosa accade dentro le cellule e i tessuti del nostro organismo, tecniche da cui dipende la messa a punto di nuove strategie terapeutiche e lo studio della loro efficacia.
Da oggi, grazie al lavoro dei ricercatori del Centro di Scienze Omiche dell’IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano, diretto da Giovanni Tonon, gli scienziati hanno a disposizione un nuovo e potente strumento.
Si chiama ‘scGET-seq’ ed è stato sviluppato con il coordinamento di Francesca Giannese e Davide Cittaro, responsabili dell’area bioinformatica dell’innovation lab recentemente aperto, e dallo stesso Giovanni Tonon.
Lo strumento, descritto oggi sulle pagine della prestigiosa “Nature Biotechnology”, permetterà di ottenere contemporaneamente, e per ogni singola cellula di un tessuto: sequenza di DNA; stato di compattamento nel nucleo, che fornisce informazioni preziose per predire il comportamento della cellula.
Grazie a questa nuova tecnica gli scienziati potranno studiare meglio i sistemi dinamici di cellule come: lo sviluppo embrionale; la medicina rigenerativa; il cancro.
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.
Il DNA viene conservato all’interno del nucleo delle cellule in una forma altamente compatta: arrotolato più volte attorno a delle specifiche proteine, come un gomitolo fittissimo. È solo grazie a questa conformazione che il DNA, lungo circa 2 metri e piuttosto fragile, è in grado di conservarsi stabilmente all’interno delle cellule.
L’insieme del DNA e delle proteine attorno a cui viene compattato 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 e questo significa che la cromatina deve continuamente aprirsi e chiudersi in punti diversi.
“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 -.
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”.
I ricercatori del Centro di Scienze Omiche dell’Ospedale San Raffaele hanno 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.
“Il livello di informazioni ottenute per singola cellula è abbastanza dettagliato da consentire anche ,tramite un approccio computazionale, la costruzione di una sorta di modello predittivo del comportamento cellulare – 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.”
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.”
