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Genoma: ‘vernice spray’ mette in evidenza la materia oscura

Un nuovo studio utilizza la 'vernice spray' per l'analisi della materia oscura del genoma umano, questa porzione di genoma può avere ruoli importanti nella progressione di molteplici patologie.

Categorie Ingegneria cellulare e tissutale · Innovazione · Medicina

Gli studi attuali cercano di identificare il ruolo delle migliaia di proteine presenti ​​nel corpo umano. Queste sono troppo piccole per essere rilevate e analizzate con le tecniche attuali. Le micro-proteine, dette ‘​​fantasma’, vivono in quella che gli scienziati definiscono materia oscura del genoma umano e possono ricoprire dei ruoli essenziali nella progressione di determinate malattie, come il cancro. Un team di ricerca della Yale University ha ideato una tecnologia simile alla ‘vernice spray’ che è riuscita a mappare per la prima volta delle proteine ​​​​sconosciute in precedenza nelle cellule.

sequenziamento completo del genoma umano
La mappa completa del genoma può essere utile per comprendere, per esempio, quali geni sono collegati alla produzione di determinate proteine coinvolte in determinate patologie.

Cos’è la materia oscura del genoma?

Il genoma è l’insieme di istruzioni del DNA presenti in una cellula. Nell’essere umano, il genoma è costituito da 23 coppie di cromosomi situati nel nucleo della cellula. Il genoma, inoltre, contiene tutte le informazioni necessarie affinché un individuo si sviluppi.  L’idea di materia oscura del genoma umano risale al completamento del Progetto Genoma Umano nel 2003 che lasciava ancora alcuni considerevoli spazi vuoti da riempire. Nell’aprile del 2022 alcuni scienziati hanno ideato la mappatura ‘completa’ del genoma. Alla ricerca degli elementi rimasti sconosciuti, alcuni scienziati hanno iniziato ad utilizzare tecniche all’avanguardia per identificare le proteine ​​in campioni biologici con meno di 100 unità di aminoacidi.

Genoma
Genoma: raffigurazione di una cellula – Credits: NIH

A che punto si era prima di questa nuova tecnologia con lo studio del genoma?

Una ricerca precedente prevedeva la scoperta di grandi classi di micro-proteine sconosciute utilizzando una forma di spettrometria di massa che ha gettato le basi per l’identificazione di altre migliaia di proteine negli anni successivi. Nonostante questi progressi, rimangono tuttora molte altre micro-proteine ​​da scoprire. Sulla base di ricerche preliminari, si sospetta che le micro-proteine mancanti siano collegate ad alcune malattie umane, come il melanoma ed altri tipi di cancro; si pensa, inoltre, che questa materia oscura possa spiegare il perché molte patologie eludono le terapie attuali.

Genoma
Il genoma è l’insieme di dei cromosomi in una cellula, è costituito generalmente da DNA. ed è unico per ogni essere umano.

La nuova tecnica ‘vernice spray’: cos’è e come funziona

Una delle tecniche più promettenti per scoprire le micro-proteine ​​oggi è: la biotinilazione di prossimità. Questa tecnica si basa sul presupposto che fissando enzimi a determinate proteine, si possano rilevare altre proteine ​​con cui interagiscono apponendo un’etichetta chimica per una facile identificazione. Esistono alcune varianti di questa tecnologia e gli scienziati di Yale hanno lavorato con un modulo che chiamano MicroID. La nuova tecnica permette di ‘dipingere a spruzzo’ varie aree di una cellula con un tag che permette di identificare tutte le micro-proteine ​​in quella regione cellulare. I ricercatori utilizzano questa tecnica per mappare per la prima volta le micro-proteine ​​precedentemente non annotate nelle cellule vive. Questo convalida la tecnica MicroID per l’uso in cellule vive e stabilisce la scoperta di micro-proteine ​​e alt-proteine ​​in vivo.

Genoma
Schematizzazione tecnica MicroID utilizzata dai ricercatori della Yale University – Credits: Molecular Cell

Si applica, quindi, la biotinilazione di prossimità per rivelare l’organizzazione spaziale del micro-proteoma/proteoma alternativo nelle cellule umane. Il team ha analizzato le proteine ​identificate in ciascun campione in vivo per convalidare il metodo. In tutti i campioni e nelle repliche, sono state identificate un totale di 1.611 proteine ​​umane. Il 64,12% (1.033 su 1.611) delle proteine ​​rilevate è inferiore a 300 aminoacidi, coerentemente con la selezione della dimensione.

Conclusioni e prospettive future dello studio

La combinazione degli strumenti di biologia chimica con i moderni metodi di modifica genetica aiuta ad andare oltre un elenco di sequenze di microproteine ​​per capire quali potrebbero effettivamente fare qualcosa nella biologia umana. La nuova tecnologia avvicina gli scienziati alla comprensione del funzionamento di queste misteriose proteine ​​nella normale biologia e nelle malattie.