Scoprire gli interruttori genici nascosti
"La tecnica può essere utilizzata per studiare le vaste parti inesplorate del nostro DNA che influenzano la salute e la malattia in più sistemi di organi"
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I ricercatori guidati da Dubravka Vučićević del Centro Max Delbrück hanno sviluppato un nuovo metodo per scoprire come il DNA controlla i geni. La loro tecnica, pubblicata su "Cell Genomics", è in grado di rivelare gli "interruttori" genetici che regolano i geni importanti in modo più rapido rispetto ai metodi esistenti.
La maggior parte del genoma umano non codifica per proteine. Al contrario, gran parte di esso è costituito da regioni regolatrici. Come gli interruttori che accendono e spengono le luci, queste regioni di nucleotidi - chiamate potenziatori trascrizionali - determinano dove e quando un gene è attivo e controllano in larga misura la quantità della proteina corrispondente prodotta da una cellula. I difetti nel codice genetico di questi elementi regolatori possono causare difetti nello sviluppo e malattie. Tuttavia, rispetto alle regioni codificanti per le proteine, sono difficili da identificare perché spesso si trovano lontano dai geni che regolano e non hanno un codice genetico ben definito.
Gli scienziati del Centro Max Delbrück, guidati dalla dottoressa Dubravka Vučićević nel laboratorio di Genomica computazionale e regolatoria del professor Uwe Ohler, hanno creato un nuovo potente strumento per scoprire queste regioni che controllano i nostri geni. Chiamato TargEted SingLe-cell Activation screen (TESLA-seq).
(TESLA-seq), combina l'attivazione genica basata su CRISPR (CRISPRa) - una tecnica di regolazione genica che utilizza una forma ingegnerizzata del sistema CRISPR-Cas9 per potenziare l'espressione di geni specifici - e il sequenziamento mirato dell'RNA di una singola cellula per identificare le regioni regolatorie in modo più rapido e preciso rispetto ad altri metodi. Lo studio è stato pubblicato su "Cell Genomics".
"Con questo metodo, possiamo verificare come migliaia di elementi regolatori candidati nel genoma siano in grado di attivare i geni e scoprire esattamente quali geni influenzano", afferma Vučićević, autore principale dello studio.
Mappare gli elementi regolatori
Per illustrare la tecnica, lo studio si è concentrato su un gene chiamato PHOX2B, essenziale per lo sviluppo del sistema nervoso. Mutazioni in questo gene sono state collegate al neuroblastoma, un tumore del sistema nervoso che colpisce soprattutto i bambini.
Vučićević e i suoi colleghi si sono concentrati su un'ampia area intorno a PHOX2B. Hanno progettato due o tre RNA guida (gRNA) da legare a sezioni del DNA, o pezzi, ciascuno lungo 100 paia di basi. Questi gRNA hanno guidato il sistema CRISPR verso le posizioni target del genoma. Con un totale di 46.722 gRNA, sono stati in grado di scansionare l'intero paesaggio genomico intorno al gene PHOX2B alla ricerca di potenziali interruttori genici.
Hanno poi trasferito ogni gRNA in una singola cellula di neuroblastoma umano. Il sistema CRISPRa ha poi attivato tutte le regioni regolatorie che potevano essere presenti nel "pezzo". Sono state identificate più di 600 regioni - chiamate CaRE (CRISPRa-responsive elements) - che, una volta attivate, alteravano la crescita cellulare.
L'équipe ha poi analizzato in dettaglio circa 200 CaRE e ha utilizzato il sequenziamento mirato dell'RNA di una singola cellula per leggere sia il gRNA all'interno di ogni cellula sia l'RNA espresso dai geni vicini. Ciò ha permesso di collegare ogni CaRE a uno qualsiasi degli oltre 70 geni della regione PHOX2B, la cui espressione è cambiata in quella cellula. Hanno anche trovato connessioni dirette tra i CaRE e importanti regolatori di SHISA3 e APBB2, coinvolti nel cancro e nella malattia di Alzheimer.
Sorprendentemente, molte CaRE controllavano geni molto lontani, saltando completamente i geni vicini, cosa che spesso sfugge ad altri metodi. "TESLA-seq non cattura solo ciò che accade in un tipo di cellula, ma può rivelare potenziali connessioni tra geni e regioni regolatorie in diversi sistemi biologici", afferma Ohler.
Questo è un aspetto significativo perché molte malattie colpiscono più di un singolo tipo di tessuto, aggiunge Vučićević. "La tecnica può essere utilizzata per studiare le vaste parti inesplorate del nostro DNA che influenzano la salute e la malattia in più sistemi di organi e può aiutarci a progettare terapie più precise ed efficaci".
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.
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