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Dal San Raffaele una nuova tecnica per predire il comportamento delle cellule
La tecnica di analisi genetica ed epigenetica sviluppata nel centro milanese permette di prevedere il comportamento di cellule e tessuti in rapida trasformazione, con ricadute importanti sullo studio dell'evoluzione tumorale e dei meccanismi di resistenza ai farmaci. La scoperta è stata pubblicata su Nature Biotechnology
Leggere la sequenza del genoma umano non basta. Per studiare meglio i sistemi dinamici delle cellule, come lo sviluppo embrionale, la medicina rigenerativa ei 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 ei tessuti del nostro organismo, 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 già esistente in natura, il cui abitualmente è applicato a pezzi del genoma da una posizione all'altra della sequenza, attraverso un processo di “taglia e cuci”. Mediante 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 nelle 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 moltissime informazioni sulla sua identità, perché ci dice che cosa è cromatina bassina in grado di fare, lo stato di apertura e chiusura della cellula ci dice di più su come la cellula si stiando, ” spiega Francesca Giannese responsabile con Davide Cittaro dell'area bioinformatica dell'innovation lab che ha sviluppato lo strumento. “L'apertura è infatti necessaria per poter accedere a una porzione di dati del Dna e quindi per tradurre un gene in proteina e apertura qualsiasi processo cellulare. La nostra tecnica permette di ottenere le informazioni.”
Predire il comportamento cellulare
“Il livello di informazioni ottenere 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 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 utilizzare 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 ma comprendere meglio il comportamento delle cellule ma
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.