Una mappa completa dell’epigenoma umano

Grazie a una collaborazione internazionale, gli scienziati hanno completato la mappa dell’epigenoma umano. Un traguardo importante per comprendere i meccanismi che regolano lo sviluppo cellulare e i loro difetti, all’origine di molte malattie

Una delle maggiori sfide della biologia è capire come i diversi tipi cellulari che compongono il nostro corpo derivino da una singola cellula e dal suo pacchetto di DNA. Anche se la mappatura del genoma ci ha fornito preziose informazioni, molti dei processi legati al differenziamento cellulare, all’espressione genica e alla comparsa dei tumori restano oscuri.
Conferire alle cellule staminali indifferenziate una propria identità è in gran parte compito dell’epigenoma, che può essere definito come l’insieme delle annotazioni molecolari presenti sul nostro genoma. Sono queste “interpretazioni” o variazioni su tema – la sequenza di DNA – a regolare tempi, modi e luoghi in cui i geni devono essere espressi, fornendo un modello unico per ciascun tipo di cellula e per ogni stadio di sviluppo.

Un consorzio per svelare l’epigenoma
Ora una raccolta di 41 articoli coordinati pubblicati da scienziati che appartengono al Consorzio internazionale per l’epigenoma umano (IHEC) getta luce su questi meccanismi. Si tratta di un importante passo avanti negli studi di epigenomica, la branca delle scienze –omiche che studia le modifiche ereditarie nella regolazione genica.
A differenza del genoma, infatti, che resta invariato per tutta la vita, l’epigenoma cambia durante lo sviluppo delle cellule e in risposta a mutate condizioni ambientali. Questi cambiamenti, che includono la metilazione del DNA e la modificazione degli istoni, possono essere ereditati dai figli.
Negli ultimi cinque anni, il consorzio ha creato le mappe epigenetiche di 2100 tipi di cellule. Tra i capofila figurano il CEMM, il Centro di Ricerca per la Medicina Molecolare dell’Accademia delle Scienze austriaca e il Max Plank Institute for Informatics, ma sono coinvolti anche ricercatori di Canada, Stati Uniti, Giappone, Singapore e Corea del Sud.
Il CEMM in particolare ha pubblicato sulla rivista Cell Stem Cell le mappe dettagliate di metilazione del DNA del sangue in via di sviluppo. Il nostro corpo produce miliardi di cellule del sangue ogni giorno, che si sviluppano da poche migliaia di cellule staminali. Errori di lettura, scrittura e cancellazione del progetto epigenetico sono responsabili di leucemie e malattie del sistema immunitario.

Paesaggi epigenetici
Utilizzando la più recente tecnologia di sequenziamento e mappatura, la squadra ha fornito una mappa dettagliata dell’epigenoma umano, simile a un paesaggio di montagna tridimensionale: le cellule staminali risiedono sulla cima della montagna, con diverse valli di differenziamento cellulare nelle varie direzioni.

differenziamento

Uno schema di differenziamento di una cellula staminale embrionale totipotente in vari tipi cellulari (immagine: Wikimedia Commons)

Quando le cellule si differenziano, intraprendono un percorso di discesa prestabilito epigeneticamente, fino a raggiungere una valle specifica, che corrisponde a un tipo di cellula specializzata. Le cellule non possono facilmente sfuggire a queste valli, che forniscono una destinazione sicura e protetta da malattie come il cancro.
A volte tuttavia i percorsi di discesa si inceppano a causa di un qualche ostacolo. Le cellule quindi non possono più raggiungere la propria valle, ma intraprendono un sentiero sbagliato che le trasforma in cellule tumorali, per esempio leucemiche.
Test epigenetici possono monitorare questi “smarrimenti” di percorso e consentire una diagnosi più precisa e precoce della leucemia o di malattie autoimmuni. Gli sforzi futuri però saranno molto più ambiziosi: riprogrammare l’epigenoma delle singole cellule, per esempio cancellando alterazioni epigenetiche critiche da cellule leucemiche.

Eugenio Melotti, Zanichelli Aula di Scienze



Immagine banner in alto: Wikimedia Commons