L’inedito codice a barre al centro dei cromosomi

Nel nostro genoma esiste qualcosa di simile a un codice a barre che potrebbe aiutare a comprendere il rischio di sviluppare tumori, come di altre malattie, e la loro evoluzione nel tempo. Si trova nei centromeri, particolari strutture che contengono il materiale genetico e sono coinvolte nella sua duplicazione durante la divisione cellulare, un processo da cui dipende la vita di ogni organismo. “Capire come il DNA dei centromeri muta nelle malattie può essere una chiave di lettura inedita per comprendere meglio il funzionamento di alcune patologie” commenta Simona Giunta, che ha condotto lo studio insieme a Luca Corda all’Università degli studi di Roma “La Sapienza”, con il sostegno di Fondazione AIRC. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Science.

Durante la divisione cellulare una cellula madre dà origine a due cellule figlie. Prima della divisione, il materiale genetico, organizzato nei cromosomi, viene duplicato e ripartito in maniera precisa. I cromosomi sono composti ciascuno da due braccia riunite nel centromero – osservati al microscopio ricordano la lettera “X”. I centromeri sono fondamentali per regolare il processo di replicazione cellulare, ma possono smettere di funzionare quando si sviluppa un tumore. Tuttavia, a causa dell’estrema complessità di queste strutture, la comunità scientifica non è ancora riuscita a comprendere bene le loro caratteristiche, sia in condizioni normali sia in condizioni patologiche. “I centromeri sono formati da milioni di basi di DNA che si ripetono” spiega Giunta. “Come le strade in una grande città, queste ripetizioni sono allo stesso tempo molto simili e variabili tra loro.”

Nello studio è stato proposto un modo alternativo ed efficace per studiare queste strutture. “L’idea è nata leggendo un articolo sui cromosomi delle formiche. In quel momento, mi sono chiesta se esistesse qualcosa di universale per identificare e confrontare i cromosomi non solo tra le persone, ma anche tra specie diverse” racconta Giunta. “Ho poi trovato una risposta nella sintenia, ovvero la posizione e l’ordine dei geni lungo un cromosoma.” Al posto di considerare le singole sequenze di DNA, i due ricercatori hanno così iniziato a ragionare sulle distanze nel genoma. Come riferimento per esplorare il resto dei centromeri hanno usato il sito di legame di CENP-B, una particolare sequenza di materiale genetico.

I ricercatori hanno calcolato la posizione, l’orientamento e l’organizzazione di questa sequenza nei centromeri con sistemi computazionali. Gradualmente si è formata una vera e propria mappa che ha preso il nome di “centeny map”, dall’unione tra le parole inglesi che stanno per “centromero” e “sintenia”. In diversi campioni di genoma di esseri umani, con questo strumento è stato possibile riconoscere gli elementi in comune dei cromosomi e quelli specifici, e quindi distinguerli in modo univoco. “Per la prima volta siamo riusciti a leggere le distanze dei centromeri e a riconoscere che ciascuno di loro possiede uno schema proprio, come una sorta di codice a barre specifico per ogni cromosoma” spiega la ricercatrice.

In futuro, se questi risultati saranno integrati e confermati in un campione abbastanza ampio di pazienti oncologici, si potrebbe arrivare a scansionare il codice per ottenere informazioni sulle caratteristiche molecolari di una malattia o la progressione di un tumore.

Giunta e i suoi colleghi hanno sviluppato questo sistema affinché possa essere utilizzato anche da altri gruppi di ricerca e ora lo stanno implementando. “Abbiamo ancora molto da lavorare per migliorare il sistema fino a fornire un referto di analisi” conclude la ricercatrice. “Ci stiamo muovendo in diverse direzioni. Per esempio, stiamo analizzando i centromeri di centinaia di pazienti con nuovi sistemi di intelligenza artificiale e stiamo studiando l’organizzazione dei centromeri negli esseri umani e altre specie, anche in chiave evoluzionistica.”