Il più dettagliato atlante dell’espressione genica umana mai ottenuto

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In un’analisi senza precedenti, un consorzio internazionale di ricercatori ha studiato quasi tutti i tipi di tessuti esistenti nei mammiferi restituendo un’accuratissima fotografia di come i geni vengano regolati nelle nostre cellule

Due fondamentali articoli apparsi il 27 marzo su Nature illustrano gli enormi progressi fatti da FANTOM5, il mastodontico progetto per l’annotazione funzionale del genoma dei mammiferi (Pikaia si era recentemente occupata di importanti sviluppi nell’ambito dell’annotazione genomica nel moscerino della frutta qui e della genomica funzionale negli anfibi qui). I due articoli usciti in contemporanea con altre 16 pubblicazioni su diverse riviste scientifiche, sono frutto dell’immenso sforzo del consorzio FANTOM, che unisce più di 250 ricercatori in almeno 20 paesi, teso all’analisi sistematica dell’espressione genica nell’uomo.
Se il progetto genoma ha fornito le sequenze del DNA umano, e gli studi di annotazione hanno permesso di capire quale parte del DNA viene trascritta ed espressa, con Fantom5 è stato ora creato un atlante molto dettagliato dei geni attivi in quasi tutti i tipi di tessuti e cellule presenti nei mammiferi. Sono state infatti analizzate 573 linee cellulari umane e 128 linee cellulari murine. Inoltre, per capire come venga alterata l’espressione genica nelle cellule malate, ulteriori dati sono stati raccolti da 250 linee cellulari tumorali.  
I ricercatori hanno utilizzato una tecnica detta CAGE (Cap Analysis of Gene Expression). La tecnica sfrutta una sorta di cappello protettivo (cap) contro la degradazione presente all’estremità iniziale degli RNA messaggeri (mRNA) trascritti. Con il CAGE è possibile legare in maniera specifica il cap e quindi intrappolare efficientemente tutti gli mRNA cellulari, rilevandone al tempo stesso la presenza e l’abbondanza. La tecnica permette inoltre di studiare la regolazione dell’espressione genica effettuata da importanti sequenze dette promotori (promoters) ed amplificatori (enhancers) presenti in prossimità dei geni. Si tratta di piccole sequenze semaforo che danno il via e facilitano la trascrizione dei geni. Sono proprio le differenze a livello di queste sequenze essenziali che determinano la minore o maggiore espressione di un gene.
Il primo dei due articoli, pubblicato a nome dell’intero consorzio, si concentra in particolare sulle caratteristiche dei promoters. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare come quasi tutti i geni possano essere trascritti a partire da più punti, a seconda del tessuto in cui devono essere espressi. In pratica, lo stesso gene presenta nella sua estremità iniziale più siti da cui può prendere avvio la trascrizione e sono proprio i promotori a determinare quale di questi punti verrà utilizzato e in quale cellula. Al contrario i geni che presentano un’espressione simile e generalizzata in tutte le cellule sono un numero molto ristretto. Dalla comparazione tra le sequenze dei promotori umani e murini è stato poi possibile mettere in evidenza come i promotori dei geni espressi in maniera tessuto-specifica evolvano ad una velocità maggiore rispetto a quelli espressi in maniera più diffusa.
Nell’articolo di Andersson et al., strettamente collegato al precedente, i dati ottenuti attraverso il CAGE vengono questa volta utilizzati per studiare il ruolo degli enhancers nella regolazione della trascrizione genica. Di grande rilievo risulta la possibilità offerta da questa tecnica di individuare e sequenziare in maniera sistematica gli enhancers attivi nelle diverse linee cellulari. In particolare, l’analisi in parallelo nelle cellule tumorali  permetterà di rivelare l’eventuale presenza di mutazioni in queste regioni regolatorie, responsabili dello sviluppo incontrollato a cui vanno incontro le cellule malate. 
Daria Graziussi
Riferimenti:
FANTOM Consortium and the RIKEN PMI and CLST (DGT). A promoter-level mammalian expression atlas. Nature. 2014 Mar 27;507(7493):462-70. doi: 10.1038/nature13182.
Andersson R et al.  An atlas of active enhancers across human cell types and tissues. Nature. 2014 Mar 27;507(7493):455-61. doi: 10.1038/nature12787.
Immagine da Wikimedia Commons