La “mappa dei vicini” svela il genoma in 3D

La“mappadeivicini”svelailgenomain3D
Unnuovometodoperl’identikittridimensionaledeicromosomi
27ottobre2016
UngruppocoordinatodallaScuolaInternazionaleSuperiorediStudiAvanzati(SISSA)diTrieste,
haricostruitoalcomputerunmodellotridimensionaledelgenomaumano.LaformadelDNA
(oltreallasuasequenza)incidesignificativamentesuiprocessibiologiciedèdunque
fondamentaleperconoscernelafunzione.Questolavorohafornitounprimoidentikit
tridimensionaleperilgenomaumano,approssimatomarealistico.Grazieallecaratteristichedella
nuovametodologia,laricostruzionestrutturalebasatasuinformazionisperimentaliesumetodi
statisticièdestinataaperfezionarsimamanochesarannodisponibilinuovidatisperimentali.La
ricerca,condottaincollaborazioneconl’UniversitàdiOslo,èstatapubblicatasuScientificReports
(unarivistadelgruppoNature).
Ilsequenziamentodelgenomaèunapietramiliaredellabiologiamodernaperchépermettedi
accedereall’intera“listadiistruzioni”(lasequenzachimicadelcorredogenetico)perlosviluppoe
lafunzionalitàdegliorganismi.Sequenziareilgenomaèunpo’comescriveresuunfogliolaserie
esattadeicoloridelleperlinediunacollana:pursapendocomequestisisuccedonolungoilfilo
nonpossiamoperòconoscerelaformadellacollana.LaformadelfilodiDNApuòesseremolto
articolata,nelnucleocellulareinfattiicromosomisono“sciolti”inunamatassaapparentemente
caotica.Poichélaformadeicromosomipuòavereun’influenzadecisivasullorofunzionamentoed
èdunquefondamentaleconoscerla,ancheperché,pensanogliscienziati,lamatassadelDNAnel
nucleoèsoloapparentementecaoticaeavrebbeinveceuna“geografia”precisaetipicaperivari
tessutiestadidivitacellulare.
“Descrivereconprecisionelaformadellamatassaformatadaicromosomièpurtroppo
incredibilmentecomplicato”,spiegaCristianMicheletti,professoredellaSISSAecoordinatoredel
nuovostudio.“Nelnostrocasocisiamobasatisulleinformazionisperimentalisulle‘coppiedi
prossimità’”.
“Provateaimmaginaredidoverricostruirelamappadiunacittà”,spiegaloscienziato,“avendo
peròadisposizionesoltantoinformazionideltipo‘lapostasitrovadavantiallastazione’,‘la
farmaciaèvicinaallapalestra’;‘ilmercatoortofrutticoloèneipressidelcampodicalcio’evia
dicendo.Seavetepochediquesteinformazionilavostramappasaràgrezza,einalcunicasi
indeterminata.Maseneavetecentinaia,migliaia,oancoradipiù,alloralavostramappa
diventeràsemprepiùprecisaeaderenteallarealtà.Questaèstatalalogicacheabbiamoseguito”.
Lecoppiediprossimitàsonoquindileinformazionisullavicinanzafraduepuntidellamappa.
QuelledelDNAnelnucleocellularesonostatefornitedaunatecnica(definita“geniale”da
Micheletti)denominataHi-C,sviluppatanel2010daalcunigruppidiricercastatunitensi.Inquesta
tecnicachimico/fisicavengonolegatiassiemepezzettidigenomachesitrovanovicininelnucleo,
equestisonopoiidentificatidallalorosequenza.Raccogliendograndiquantitàdiquestecoppiedi
prossimitàsiècosìscopertoqualipuntideicromosomisitrovanovicininelnucleo.Questaèoggi
latecnicapiùpotenteperindagarel’organizzazionedelDNAnelnucleomarestaancora
insufficienteperdedurnelaformacomplessiva.“Perquestoabbiamopensatodiprovaread
andare‘oltre’”,commentaMicheletti.
Lamappadei“vicini”
“Abbiamousatoundatabasepubblicodicoppiediprossimitàderivanti,inizialmente,daununico
esperimentodiHi-C.Neldatabaseeranocontenuteleinformazionisucentinaiadimigliaiadi
coppiediprossimità”,spiegaMarcoDiStefano,ricercatorechenel2014sièdottorato(proprio
conquestolavoro)allaSISSAeprimoautoredellaricerca.DiStefanoèattualmentepost-docal
CentroNazionalediAnalisiGenomicadiBarcellona.Iricercatorihannocreatounmodellovirtuale
coarsegrained(concioèuncertogradodisemplificazione)dituttiicromosomiinuna
conformazionetridimensionale“base”.Hannopoiidentificatoipuntidovesisituavanoidue
pezzettidiDNAdiciascunacoppiadiprossimità,perpoiavvicinarli,piegandoopportunamenteil
filamento.
“Facendoquest’operazionepertuttelecoppiediprossimitànotesperimentalmenteabbiamo
ottenutounastruttura,ingarbugliatamanoncasuale,checihasvelatolaformadituttii
cromosomidelgenomaumano,cherisiedevanascostaneidati”,spiegaDiStefano.“Vadaséche
piùcoppiesiusano,piùprecisosaràilmodello3Dcheotterremo”.
InrealtàMichelettiecolleghi,dopoquestaprimafase,hannoaggiuntoalmodellounanuovaserie
didatisperimentali.“Propriomentrestavamolavorandoèstatopubblicatounnuovosetdidati
Hi-C,piùdettagliatodelprecedente,percuiabbiamoutilizzatoanchequelli”,raccontaMicheletti.
“Adireilveroavevamounpo’ditimorechelanostranuovametodologianonfosseancora
abbastanzarobustaechelanuovaseriedidatipotesseentrareinconflittoe‘sfasciare’ilmodello
3Dprecedentementeottenuto.Maquasiconstuporeabbiamovistochel’assettorimaneva
piuttostosimilealprecedente.Anzi,venivasemplicementeraffinatograzieainuovidatiequasi
perincantolevariezonedeicromosomiandavanoacollocarsineipunticorrettidelnucleo.
Questociconvinceancorpiùdiessereriuscitiadescrivereconbuonaapprossimazioneildato
reale,esperiamocheidatiraccoltiinfuturociconsentanodisvelareconsempremaggior
dettagliolaformadelDNAracchiusonellenostrecellule”.
LINKUTILI:
• Linkall’articolooriginalesuScientificReports:www.nature.com/articles/srep35985
IMMAGINI:
• CreditiSISSA
VIDEO:
• Guardal’animazionedeicromosomisuYoutube:https://youtu.be/bS2cX1of35c
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