Nuova tecnica sequenzia il DNA e traccia le proteine senza aprire le cellule

Roma – Una nuova tecnica di microscopia si è dimostrata in grado di sequenziare simultaneamente il DNA di una singola cellula e di individuare la posizione delle sue proteine con un’alta risoluzione, il tutto senza dover aprire la cellula ed estrarne il contenuto. L’imaging del DNA e delle proteine all’interno di cellule intatte può fornire informazioni cruciali su come queste molecole lavorano insieme. A sviluppare il metodo, chiamato expansion in situ genome sequencing, descritto in un preprint pubblicato su bioRxiv, è stata una squadra internazionale di ricercatori guidata da Jason Buenrostro, genetista dell’Università di Harvard, a Cambridge, Massachusetts. Gli sviluppatori del metodo lo hanno già utilizzato per studiare come l’invecchiamento possa alterare il modo in cui le proteine del nucleo interagiscono con i cromosomi. Con l’invecchiamento del corpo, gli scienziati hanno scoperto, i cambiamenti in queste proteine nucleari potrebbero sopprimere l’attività dei geni. “Questo documento è davvero straordinario”, ha affermato Ankur Sharma, biologo oncologico presso il Garvan Institute of Medical Research di Sydney, in Australia, che non ha partecipato allo studio ma che desidera utilizzare l’approccio per studiare le cellule tumorali e lo ha definito ‘fenomenale’ sulla piattaforma di social media X. L’approccio potrebbe essere particolarmente utile per i ricercatori che studiano come il DNA si avvolge intorno alle proteine e viene stipato nei nuclei delle cellule, e come la posizione dei geni all’interno di questa matassa può influenzare la loro attività. “Possiamo pensare al DNA come a una stringa lineare di informazioni che deve essere schiacciata e organizzata all’interno di un nucleo cellulare delle dimensioni di 5 micron”, ha detto Buenrostro. “Ci sono molte informazioni su come avviene questo ripiegamento”, ha continuato Buenrostro. Per estrarre queste informazioni, Buenrostro e i suoi colleghi hanno unito due metodi precedentemente riportati. Il primo fornisce alla cellula uno speciale enzima per la copiatura del DNA, insieme a una serie di componenti del DNA etichettati in modo fluorescente da incorporare, uno per uno, nei filamenti di DNA in crescita. Leggendo la sequenza in cui vengono aggiunti i tag fluorescenti, i ricercatori possono determinare la sequenza dei frammenti del genoma. I ricercatori sanno da tempo come etichettare le proteine con tag per tracciare la loro posizione. Ma, la risoluzione della microscopia ottica è limitata dalla lunghezza d’onda della luce, che rende difficile distinguere filamenti di DNA o proteine etichettati in modo fluorescente che sono molto vicini. Questo pone un problema particolare negli stretti confini del nucleo. La squadra di ricerca ha quindi aggiunto un altro metodo, chiamato microscopia a espansione. Questa tecnica si basa su un gel che permea le cellule e poi si gonfia quando assorbe l’acqua, come l’imbottitura dei pannolini usa e getta. Quando il gel si espande, spinge le molecole più lontano, rendendo più facile distinguere una molecola proteica dall’altra. L’unione dei due metodi ha permesso al gruppo di ricerca di Buenrostro di studiare le interazioni tra proteine e geni nelle cellule di persone affette dalla sindrome di progeria di Hutchinson-Gilford, una condizione genetica che comporta un invecchiamento precoce. Questa condizione è causata da mutazioni nelle proteine chiamate lamine, che di solito si trovano alla periferia dei nuclei cellulari. I ricercatori hanno confermato risultati precedenti che suggerivano che, negli individui affetti da progeria, queste lamine anomale si intrufolano all’interno del nucleo, dove sembrano alterare la disposizione tipica dei cromosomi e sopprimere l’attività dei geni. Anomalie simili erano presenti nelle cellule della pelle di un donatore di 92 anni non affetto da progeria. L’espansione del sequenziamento del genoma in situ è l’ultimo di una serie di metodi che consentono ai ricercatori di raccogliere una quantità crescente di dati da singole cellule. “L’obiettivo finale è sviluppare un approccio che consenta di rilevare quasi tutte le proteine o i metaboliti presenti nella cellula”, ha spiegato Thierry Voet, genetista presso la KU Leuven in Belgio. Per il momento, Voet e il suo gruppo di ricerca stanno valutando se il metodo possa essere utilizzato nei loro studi su come le cellule di un embrione in via di sviluppo possano affrontare il fatto di avere un numero diverso di cromosomi l’una dall’altra.  “La tecnica richiede una notevole esperienza e questo limiterà il numero di ricercatori che potranno adottarla immediatamente”, ha dichiarato Kelly Rogers, studiosa di microscopia avanzata presso il Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research di Melbourne, in Australia. “Sembra decisamente complicato”, ha proseguito Rogers. Tuttavia, Rogers può elencare molti colleghi che potrebbero voler sfruttare l’approccio. “Con il tempo – ha commentato Rogers – i protocolli potrebbero essere semplificati o addirittura commercializzati”. “Una cosa certa è che questo approccio diventerà più accessibile a un numero maggiore di scienziati”, ha sottolineato Rogers. “Non sembrano esserci molti limiti a ciò che possiamo ottenere”, ha concluso Rogers. (30Science.com)