Tumori, nuova tecnica di analisi "omica" al San Raffaele: gli impieghi

All’ospedale San Raffaele di Milano è stata inventata una nuova tecnica di analisi “omica”, che consente 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.

Le tecniche di analisi genetica ed epigenetica sono strumenti imprescindibili per capire cosa accade all’interno delle cellule e dei tessuti del nostro organismo e, da esse, dipende la messa a punto di nuove strategie terapeutiche e lo studio della loro efficacia.

Grazie al lavoro dei ricercatori del Centro di Scienze Omiche dell’IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano, diretto da Giovanni Tonon, gli scienziati hanno ora 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 su ‘Nature Biotechnology’, consentirà di ottenere contemporaneamente (e per ogni singola cellula di un tessuto) sia la sequenza di DNA sia il suo stato di compattamento nel nucleo, che fornisce informazioni importanti per predire il comportamento della cellula.

Grazie a questa nuova tecnica inventata al San Raffaele di Milano, gli scienziati potranno studiare meglio i sistemi dinamici di cellule come lo sviluppo embrionale, la medicina rigenerativa e il cancro.

Cromatina e comportamento cellulare

Il DNA è conservato all’interno del nucleo delle cellule in una forma altamente compatta, come fosse un fittissimo gomitolo arrotolato più volte attorno a delle specifiche proteine. Proprio grazie a questa particolare conformazione 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 è compattato si chiama cromatina ed è una struttura altamente dinamica. La cellula ha continuamente bisogno di accedere a parti diverse della sequenza di DNA per leggere i geni e tradurli in proteine e ciò significa che la cromatina deve continuamente aprirsi e chiudersi in punti differenti.

Francesca Giannese, in una nota diffusa dal San Raffaele, ha spiegato: “Se conoscere la sequenza di DNA di una cellula ci dà moltissime informazioni sulla sua identità (perché ci dice 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. L’apertura della cromatina è 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“.

Predire il comportamento cellulare

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, tramite un processo di cosiddetto “taglia e cuci”. Attraverso l’ingegnerizzazione dell’enzima, i ricercatori sono riusciti a ottenere uno strumento biotecnologico completamente nuovo, cioè una molecola in grado di leggere allo stesso tempo lo stato di apertura della cromatina e la sequenza di DNA.

La spiegazione di Davide Cittaro: “Il livello di informazioni ottenute per singola cellula è abbastanza dettagliato da consentire anche (attraverso un approccio computazionale) la costruzione di una sorta di modello predittivo del comportamento cellulare“.

Ancora Cittaro: “Siamo 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”.

Ciò può avere un’implicazione molto importante nello studio di sistemi altamente dinamici, come lo sviluppo embrionale (durante cui le cellule si differenziano e vanno a formare i vari tessuti) o il cancro. Le cellule tumorali, infatti, vengono sottoposte a una notevole pressione selettiva e sono perciò in continuo cambiamento.

Giovanni Tonon, direttore del Centro di Scienze Omiche e responsabile del laboratorio Genomica Funzionale del Cancro presso il San Raffaele, ha dichiarato: “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”.

Tonon ha aggiunto: “Una parte importante di queste nuove abilità del tumore dipende 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 e approcci sempre più precisi”.

La ricerca condotta all’ospedale San Raffaele di Milano è stata possibile grazie al sostegno di Fondazione AIRC per la ricerca sul cancro, di Cancer Research UK e del Ministero della Salute Italiano.