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Un’istantanea nel tempo: lo studio cattura fugaci differenze cellulari che possono alterare il rischio di malattia

Nel cinema e nella fantascienza, un piccolo cambiamento nel passato può avere effetti importanti, a volte cambiando la vita in futuro. Usando una serie di istantanee, i ricercatori hanno recentemente catturato tali cosiddetti “effetti farfalla” nello sviluppo delle cellule muscolari cardiache, e affermano che questa nuova visione della sequenza di attività di espressione genica può portare a una migliore comprensione del rischio di malattia.

Lo studio, pubblicato il 28 giugno su Science, ha identificato centinaia di regioni del DNA associate a differenze nell’espressione genica tra individui.

“Il genoma umano è stato studiato estensivamente, ma il modo in cui le cellule di ogni persona usano il genoma è complesso, dinamico e non così ben compreso. In questo studio abbiamo cercato casi in cui le differenze genetiche tra le persone cambiano durante lo sviluppo cellulare “, afferma Alexis Battle, un professore associato di ingegneria biomedica presso la Johns Hopkins University e uno degli autori senior della carta.

Mentre studi precedenti hanno identificato migliaia di locus del tratto quantitativo di espressione (eQTL), o regioni di DNA che possono influenzare l’espressione genica, hanno fatto affidamento sui dati raccolti in un singolo punto temporale, afferma Battle. Ma molte di queste differenze di espressione possono effettivamente verificarsi a diversi stadi di sviluppo o dipendono dall’ambiente, portando i ricercatori a perdere le associazioni patologiche che non possono essere studiate nei tessuti pienamente sviluppati.

“Queste associazioni sono come le stelle cadenti”, dice Yoav Gilad, capo della medicina genetica all’Università di Chicago e l’altro autore senior dello studio. “Appaiono ad un certo punto e mai più durante lo sviluppo e potrebbero effettivamente essere importanti per il fenotipo del tessuto maturo e forse anche per la malattia, ma a meno che non studi quei particolari tipi di cellule in quel particolare momento, non li vedrai mai. ”

Per trovare queste associazioni fugaci, il team ha utilizzato cellule staminali pluripotenti indotte, un tipo di cellula staminale principale che può diventare praticamente qualsiasi tipo di cellula, che qui viene poi differenziata in cardiomiociti o cellule del muscolo cardiaco.

Il gruppo di ricerca ha prelevato campioni di RNA dalle cellule di 19 persone una volta al giorno per 16 giorni, sviluppando le cellule del muscolo cardiaco. Per la conoscenza di Battle, questo sforzo è il primo grande studio sul tempo di espressione genica nelle cellule del muscolo cardiaco in più individui, con il maggior numero di punti temporali campionati.

Ottenendo ogni giorno dati sull’espressione genica, i ricercatori hanno acquisito importanti informazioni sull’espressione genica durante gli stadi intermedi quando una cellula non è né una nuova cellula staminale né una cellula muscolare cardiaca completamente formata.

Queste sfuggenti differenze durante lo sviluppo cellulare potrebbero potenzialmente spiegare le differenze di rischio per malattie complesse come cancro, malattie cardiache o diabete, che non sono causate da una singola mutazione genetica, ma forse da centinaia. Da sole, ciascuna di queste piccole mutazioni non influisce in modo drammatico sulla salute generale, ma insieme possono aumentare il rischio di particolari malattie. La nuova ricerca mostra che queste piccole differenze genetiche potrebbero influenzare l’espressione genica in molti punti lungo la strada.

“Per comprendere appieno il modo in cui la genetica influisce sul rischio di malattia, alla fine dovremo considerare tutti i diversi tipi di cellule, i tempi di sviluppo e le condizioni ambientali che potrebbero essere rilevanti per diverse malattie. Questo studio è un passo in quella direzione”, afferma Battle.

Poiché il metodo del team di ricerca di utilizzare le cellule staminali e l’ espressione di RNA di campionamento a intervalli regolari è ancora a uso intensivo di risorse, non è probabile che sia uno strumento diagnostico comunemente utilizzato in qualsiasi momento. Si spera di, tuttavia, che l’approccio possa essere utilizzato per aiutare a identificare i geni che influenzano la malattia e guidare gli sforzi per progettare interventi efficaci e mirati.

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