Ripiegamento: la nuova dimensione della ricerca genomica
Ciascuna delle nostre cellule contiene un filamento di DNA dalla sbalorditiva lunghezza di 2 metri in un nucleo di 0,001 mm di diametro. L'unico modo con cui la natura può realizzare tale impresa consiste nel suo metodo normale, ovvero il ripiegamento. Sembra che il ripiegamento sia importante per la modalità con cui una cellula attiva e disattiva i geni e, pertanto, per le modalità con cui opera la cellula. Il progetto 3DGenome ("3D Genome structure and function") si proponeva di produrre una mappa tridimensionale (3D) del ripiegamento della fibra di DNA all'interno del nucleo interfasico del ciclo cellulare umano. I modelli di ripiegamento possono quindi essere correlati all'attività genica. Concentrandosi su determinati cromosomi, il team 3DGenome si è avvalso dell'ibridazione fluorescente in situ (FISH) insieme alla microscopia ottica 3D. Gli scienziati hanno studiato la posizione relativa di geni nella struttura ripiegata, indipendentemente dal tipo di cellula, dallo stato di differenziazione e dal pattern di espressione genica. L'analisi del gran numero di immagini ha costituito una sfida rilevante, data l'inerente variazione nella struttura della cromatina da una cellula all'altra. Per superare questo ostacolo, gli scienziati hanno sviluppato nuovi metodi, software e tecnologie. È stata attuata l'automazione relativa alla visualizzazione confocale classica e a disco rotante. L'ingente massa di serie di dati basati su microscopia presentava problemi di archiviazione, analisi e interpretazione. Gli scienziati hanno provveduto con nuovi protocolli e con la costituzione di un efficiente database di immagini nonché un innovativo approccio all'analisi quantitativa. Dai risultati emerge che la cromatina di singoli cromosomi si ripiega formando diversi domini subcromosomali la cui struttura dipende da variabili quali la densità genica e i livelli medi di espressione. La posizione dei vari domini dipende dal rispettivo livello di trascrizione. I più attivi e a maggiore densità genica sono più vicini al centro del nucleo, mentre quelli con geni più rari e livelli inferiori di trascrizione sono più vicini alla membrana nucleare. Nel complesso, 3DGenome ha identificato una quantità di principi di ripiegamento 3D strettamente correlati alla disposizione di geni sul filamento del DNA. Si tratta di una solida base per integrare l'influenza del ripiegamento cromosomico sulla trascrizione genica. I risultati di 3DGenome presentano un amplissimo potenziale di applicazione nel campo della genomica. L'importanza della ricerca si riflette nel numero di pubblicazioni che ne sono derivate (a oggi 49) nelle riviste scientifiche internazionali. In occasione di conferenze e laboratori, sono stati presentati in totale 124 seminari sulla ricerca 3DGenome.
