Genoma, cromosomi, dna, imaging in 3D

Un team di ricercatori dell’Università di Harvard ha sviluppato una nuova tecnologia di imaging che permette di osservare l’organizzazione della cromatina, una sostanza costituita da DNA e proteine, che si trova all’interno dei cromosomi.

Xiaowei Zhuang, ricercatore presso l’Howard Hughes Medical Institute, il Dipartimento di Chimica e Biologia chimica e il Dipartimento di Fisica dell’Università di Harvard, ritiene che riuscire ad ottenere delle immagini che mostrino l’organizzazione in 3D dei cromosomi, è fondamentale per comprendere quali sono i meccanismi molecolari alla base dell’organizzazione dei cromosomi e capire come questa regoli la funzione del genoma.

 

Un metodo innovativo per ottenere una mappa 3D dei cromosomi

Utilizzando questo innovativo metodo, il professor Zhuang ed il suo team, hanno iniziato a creare una mappa cromosomica di tutti e 46 i cromosomi umani e i primi piani della sezione di un cromosoma.

Per realizzare un immagine in 3D di qualcosa così piccolo, come un cromosoma, i ricercatori si sono concentrati su dei punti specifici, collegati tra loro, lungo le catene di DNA, i loci genomici. Collegando tra loro molti punti, si forma l’immagine completa della struttura della cromatina.

Per realizzare questa tecnica, i ricercatori hanno utilizzato un approccio sequenziale, con successioni in rapida sequenza di gruppi di tre loci, che hanno permesso di ottenere l’immagine in 3D dei cromosomi.

Zhuang ha infatti affermato che sono riusciti ad ottenere “60 loci simultaneamente individuati e localizzati e, cosa importante, identificati”. Ma per mappare l’intero genoma, ne servono molti di più, ovvero nell’ordine delle migliaia . Per riuscirci i ricercatori hanno utilizzato il linguaggio binario, per poter organizzare e memorizzare enormi quantità di informazioni.

Con questa tecnica, il team ha registrato circa 2.000 loci della cromatina per singola cellula, un aumento di oltre dieci volte rispetto al lavoro precedente e sufficiente per formare un’immagine ad alta risoluzione di come appare la struttura dei cromosomi.

 

Uno sguardo attento nel nostro DNA: una mole di lavoro enorme

Con le loro immagini ad alta risoluzione, il team del professor Zhuang ha stabilito che le aree dei cromosomi con molti geni tendono a raggrupparsi in aree simili su qualsiasi cromosoma. Ma le aree con pochi geni si uniscono solo se condividono lo stesso cromosoma.

Secondo i ricercatori, ciò accade poiché le aree ricche di geni, che sono siti attivi per la trascrizione genica, si uniscono per consentire una produzione più efficiente. Ma prima che questa teoria venga confermata, serviranno ulteriori ricerche. Ciò che però appare chiaro è che l’ambiente locale della cromatina influisce sull’attività di trascrizione.

Grazie a questa ricerca inoltre, il team ha anche scoperto che non esistono due cromosomi uguali, anche in cellule identiche. Ma per scoprire che aspetto ha ogni cromosoma in ogni cellula del corpo umano ci vorrà molto più lavoro di quanto un solo laboratorio possa fare.

Ph. Credit: Su et al., doi: 10.1016/j.cell.2020.07.032.