La tecnologia che rivoluziona lo studio del genoma umano che permette di analizzare la funzione dei geni tramite cellule staminali pluripotenti e organoidi, aprendo nuove prospettive nella diagnosi delle malattie genetiche e nella medicina di precisione
Organoidi e sequenziamento: la nuova frontiera della medicina genetica.
Sulla rivista Molecular Systems Biology (1), è stato pubblicato uno studio che introduce iPS2-seq, una tecnologia innovativa in grado di rivoluzionare il modo in cui la ricerca affronta lo studio funzionale del genoma umano. La prima firmataria dello studio è la dottoressa Elisa Balmas (2), ricercatrice nel team del dottor Alessandro Bertero (3), docente presso il Dipartimento di Biotecnologie Molecolari e Scienze per la Salute.
Il lavoro nasce grazie a tre progetti internazionali attivi nel laboratorio di Bertero all’Università di Torino - l’Armenise-Harvard Career Development Award, il Single Ventricle Research Fund e l’ERC Starting Grant TRANS-3 - ed è stato realizzato in collaborazione con l’IMBA di Vienna.
Negli ultimi anni la genetica ha individuato migliaia di varianti potenzialmente associate a diverse patologie. Tuttavia, comprendere con precisione in che modo ogni gene contribuisca allo sviluppo ed al funzionamento degli organi resta una delle sfide centrali della biologia moderna.
La piattaforma iPS2-seq si propone come una soluzione innovativa a questo problema, permettendo di studiare in parallelo la funzione di molti geni utilizzando cellule staminali pluripotenti umane, capaci di dare origine a cosiddetti “organoidi” che mimano struttura e funzione di parti del corpo umano. Accanto alla piattaforma sperimentale, il team ha sviluppato catcheR, un software dedicato alla progettazione degli esperimenti ed all’analisi dei dati, così da facilitarne l’adozione ed applicazione standardizzata da parte dalla comunità scientifica.
Nello specifico, la nuova tecnologia permette di studiare contemporaneamente decine di geni all’interno di un unico esperimento, accelerando così la comprensione delle loro funzioni. Consente inoltre di costruire un vero e proprio “atlante molecolare” degli effetti di ciascun gene grazie al sequenziamento a singola cellula. Allo stesso tempo offre la possibilità di osservare il ruolo dei geni in fasi specifiche dello sviluppo, spegnendoli e riaccendendoli in modo controllato, e di integrare più livelli di informazione, rilevando nella stessa cellula non solo l’espressione dei geni ma anche la struttura del DNA e la presenza di proteine chiave.
Per dimostrare la potenza della nuova tecnologia, i ricercatori l’hanno applicata allo studio di geni associati alle cardiopatie congenite, malattie che colpiscono circa 1 neonato su 100. I risultati hanno rivelato il ruolo cruciale del gene SMAD2 nel determinare il destino delle cellule durante le prime fasi dello sviluppo cardiaco. Spegnendo temporaneamente questo gene, le cellule non seguono più la via che porta alla formazione dei cardiomiociti - le cellule del muscolo cardiaco - ma si orientano verso altre linee cellulari, come i fibroblasti o le cellule dell’epicardio.
Questa scoperta aiuta a chiarire i meccanismi alla base delle malattie cardiache ereditarie e getta le basi per futuri approcci di medicina personalizzata, in cui sarà possibile prevedere e correggere i difetti di sviluppo all’origine della malattia.
Le prossime fasi del progetto saranno supportate da un finanziamento di Fondazione Telethon e Fondazione Cariplo, volto ad applicare iPS2-seq allo studio di geni associati cardiopatie congenite rare la cui funzione è ancora poco conosciuta.
«Con iPS2-seq possiamo finalmente studiare in modo sistematico e rigoroso la funzione dei geni nelle cellule staminali umane e nei modelli complessi dei tessuti, come gli organoidi», afferma il dottor Alessandro Bertero. «Possiamo anche applicare il metodo per identificare rapidamente quali siano dei potenziali bersagli terapeutici nel contesto di malattie genetiche, aprendo la porta alla medicina di precisione», aggiunge la dottoressa Elisa Balmas.
Riferimenti:
(1) Single cell transcriptional perturbome in pluripotent stem cell models
(2) Elisa Balmas
Descrizione foto: Il dottor Alessandro Bertero. - Credit: Università di Torino.
Per ulteriori informazioni:
Ufficio Stampa Università degli studi di Torino