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La “mappa dei vicini” svela il genoma in 3D Un nuovo metodo per l’identikit tridimensionale dei cromosomi 27 ottobre 2016 Un gruppo coordinato dalla Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste, ha ricostruito al computer un modello tridimensionale del genoma umano. La forma del DNA (oltre alla sua sequenza) incide significativamente sui processi biologici ed è dunque fondamentale per conoscerne la funzione. Questo lavoro ha fornito un primo identikit tridimensionale per il genoma umano, approssimato ma realistico. Grazie alle caratteristiche della nuova metodologia, la ricostruzione strutturale basata su informazioni sperimentali e su metodi
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La“mappadeivicini”svelailgenomain3D
Unnuovometodoperl’identikittridimensionaledeicromosomi27ottobre2016UngruppocoordinatodallaScuolaInternazionaleSuperiorediStudiAvanzati(SISSA)diTrieste,haricostruitoalcomputerunmodellotridimensionaledelgenomaumano.LaformadelDNA(oltreallasuasequenza)incidesignificativamentesuiprocessibiologiciedèdunquefondamentaleperconoscernelafunzione.Questolavorohafornitounprimoidentikittridimensionaleperilgenomaumano,approssimatomarealistico.Grazieallecaratteristichedellanuovametodologia,laricostruzionestrutturalebasatasuinformazionisperimentaliesumetodi
statisticièdestinataaperfezionarsimamanochesarannodisponibilinuovidatisperimentali.Laricerca,condottaincollaborazioneconl’UniversitàdiOslo,èstatapubblicatasuScientificReports(unarivistadelgruppoNature).
Ilsequenziamentodelgenomaèunapietramiliaredellabiologiamodernaperchépermettediaccedereall’intera“listadiistruzioni”(lasequenzachimicadelcorredogenetico)perlosviluppoelafunzionalitàdegliorganismi.Sequenziareilgenomaèunpo’comescriveresuunfogliolaserieesattadeicoloridelleperlinediunacollana:pursapendocomequestisisuccedonolungoilfilononpossiamoperòconoscerelaformadellacollana.LaformadelfilodiDNApuòesseremoltoarticolata,nelnucleocellulareinfattiicromosomisono“sciolti”inunamatassaapparentementecaotica.Poichélaformadeicromosomipuòavereun’influenzadecisivasullorofunzionamentoedèdunquefondamentaleconoscerla,ancheperché,pensanogliscienziati,lamatassadelDNAnelnucleoèsoloapparentementecaoticaeavrebbeinveceuna“geografia”precisaetipicaperivaritessutiestadidivitacellulare.“Descrivereconprecisionelaformadellamatassaformatadaicromosomièpurtroppoincredibilmentecomplicato”,spiegaCristianMicheletti,professoredellaSISSAecoordinatoredelnuovostudio.“Nelnostrocasocisiamobasatisulleinformazionisperimentalisulle‘coppiediprossimità’”.“Provateaimmaginaredidoverricostruirelamappadiunacittà”,spiegaloscienziato,“avendoperòadisposizionesoltantoinformazionideltipo‘lapostasitrovadavantiallastazione’,‘lafarmaciaèvicinaallapalestra’;‘ilmercatoortofrutticoloèneipressidelcampodicalcio’eviadicendo.Seavetepochediquesteinformazionilavostramappasaràgrezza,einalcunicasiindeterminata.Maseneavetecentinaia,migliaia,oancoradipiù,alloralavostramappadiventeràsemprepiùprecisaeaderenteallarealtà.Questaèstatalalogicacheabbiamoseguito”.Lecoppiediprossimitàsonoquindileinformazionisullavicinanzafraduepuntidellamappa.QuelledelDNAnelnucleocellularesonostatefornitedaunatecnica(definita“geniale”daMicheletti)denominataHi-C,sviluppatanel2010daalcunigruppidiricercastatunitensi.Inquestatecnicachimico/fisicavengonolegatiassiemepezzettidigenomachesitrovanovicininelnucleo,equestisonopoiidentificatidallalorosequenza.Raccogliendograndiquantitàdiquestecoppiediprossimitàsiècosìscopertoqualipuntideicromosomisitrovanovicininelnucleo.Questaèoggilatecnicapiùpotenteperindagarel’organizzazionedelDNAnelnucleomarestaancorainsufficienteperdedurnelaformacomplessiva.“Perquestoabbiamopensatodiprovareadandare‘oltre’”,commentaMicheletti.
Lamappadei“vicini”“Abbiamousatoundatabasepubblicodicoppiediprossimitàderivanti,inizialmente,daununicoesperimentodiHi-C.Neldatabaseeranocontenuteleinformazionisucentinaiadimigliaiadicoppiediprossimità”,spiegaMarcoDiStefano,ricercatorechenel2014sièdottorato(proprioconquestolavoro)allaSISSAeprimoautoredellaricerca.DiStefanoèattualmentepost-docalCentroNazionalediAnalisiGenomicadiBarcellona.Iricercatorihannocreatounmodellovirtualecoarsegrained(concioèuncertogradodisemplificazione)dituttiicromosomiinunaconformazionetridimensionale“base”.HannopoiidentificatoipuntidovesisituavanoiduepezzettidiDNAdiciascunacoppiadiprossimità,perpoiavvicinarli,piegandoopportunamenteilfilamento.“Facendoquest’operazionepertuttelecoppiediprossimitànotesperimentalmenteabbiamoottenutounastruttura,ingarbugliatamanoncasuale,checihasvelatolaformadituttiicromosomidelgenomaumano,cherisiedevanascostaneidati”,spiegaDiStefano.“Vadaséchepiùcoppiesiusano,piùprecisosaràilmodello3Dcheotterremo”.InrealtàMichelettiecolleghi,dopoquestaprimafase,hannoaggiuntoalmodellounanuovaseriedidatisperimentali.“PropriomentrestavamolavorandoèstatopubblicatounnuovosetdidatiHi-C,piùdettagliatodelprecedente,percuiabbiamoutilizzatoanchequelli”,raccontaMicheletti.“Adireilveroavevamounpo’ditimorechelanostranuovametodologianonfosseancoraabbastanzarobustaechelanuovaseriedidatipotesseentrareinconflittoe‘sfasciare’ilmodello3Dprecedentementeottenuto.Maquasiconstuporeabbiamovistochel’assettorimanevapiuttostosimilealprecedente.Anzi,venivasemplicementeraffinatograzieainuovidatiequasiperincantolevariezonedeicromosomiandavanoacollocarsineipunticorrettidelnucleo.Questociconvinceancorpiùdiessereriuscitiadescrivereconbuonaapprossimazioneildatoreale,esperiamocheidatiraccoltiinfuturociconsentanodisvelareconsempremaggiordettagliolaformadelDNAracchiusonellenostrecellule”.LINKUTILI:
• Linkall’articolooriginalesuScientificReports:www.nature.com/articles/srep35985
IMMAGINI:
• CreditiSISSA
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• Guardal’animazionedeicromosomisuYoutube:https://youtu.be/bS2cX1of35c
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