Nuovi metodi nell'analisi del genoma rivelano informazioni sulla regolazione genica

Le cellule eucariotiche hanno genomi complessi che giocano un ruolo fondamentale nella regolazione dei geni. La maniera in cui questi genomi sono organizzati influenza l'espressione genica. Questa organizzazione avviene su vari livelli, partendo dai nucleosomi, che sono le unità di base del packaging del DNA, fino ai cromosomi. Alcune strutture all'interno del genoma, come i loop e i domini, aiutano a determinare quali geni sono accesi o spenti. L'arrangiamento dei genomi non è statico; cambia dinamicamente in risposta a processi come la differenziazione cellulare, l'attività trascrizionale e la progressione delle malattie. Questo dimostra che l'organizzazione del genoma può avere un impatto diretto su come i geni si esprimono.

#Comprendere l'Organizzazione del Genoma e l'Espressione Genica

Per studiare l'organizzazione dei genomi, gli scienziati usano spesso una tecnica chiamataibridazione in situ a fluorescenza (FISH). Questo metodo consente ai ricercatori di rilevare specifiche aree di DNA all'interno del nucleo della cellula e visualizzare come i geni sono posizionati nello spazio tridimensionale. Oltre a identificare il DNA, i ricercatori possono anche usare FISH per osservare l'RNA, il che può indicare quanto attivamente un gene venga espresso. Combinando sia le tecniche FISH per il DNA che per l'RNA, gli scienziati possono valutare caratteristiche della cromatina, come quanto è compatta e dove si trovano i loci genici all'interno del nucleo.

Anche se ci sono metodi consolidati per il FISH di DNA e RNA, combinarli comporta delle sfide a causa delle diverse condizioni richieste per rilevare DNA e RNA. Questo spesso significa che i ricercatori devono applicare i passaggi uno dopo l'altro, rendendo il processo ingombrante. Per affrontare questa sfida, è stato creato un nuovo approccio che consente di rilevare simultaneamente o in sequenza DNA e RNA in cellule individuali.

#Sviluppare Metodi ad Alta Capacità di Analisi

I nuovi protocolli per rilevare DNA e RNA sono progettati per essere ad alta capacità di analisi, il che significa che possono analizzare rapidamente grandi quantità di cellule e geni. Utilizzando un approccio simultaneo o sequenziale, questi metodi consentono ai ricercatori di osservare il comportamento di specifiche versioni di geni (Alleli) all'interno del nucleo. Il metodo simultaneo consente di rilevare sia DNA che RNA in un solo passaggio, mentre il metodo sequenziale prevede due passaggi separati per RNA e DNA.

#FISH Simultaneo per DNA/RNA

Nell'approccio simultaneo, i ricercatori preparano le cellule e le fissano per l'analisi. Poi usano una combinazione di sonde che possono attaccarsi sia al DNA che all'RNA. Le cellule vengono trattate per renderle permeabili, il che consente alle sonde di entrare e legarsi ai loro obiettivi. Dopo una serie di lavaggi, le cellule vengono messe in imaging utilizzando tecniche microscopiche avanzate, consentendo la visualizzazione sia del DNA che dell'RNA all'interno dello stesso campione.

#FISH Sequenziale per DNA/RNA

Il metodo sequenziale inizia preparando le cellule in modo simile, ma per primo si rileva l'RNA. Dopo aver fatto l'imaging dell'RNA, le cellule vengono trattate di nuovo per prepararle al rilevamento del DNA. Anche questo metodo comporta una serie di lavaggi e imaging.

Entrambe le tecniche sono state ottimizzate per lavorare in un formato che consente di analizzare molti campioni contemporaneamente, rendendole efficienti per l'analisi ad alta capacità.

#Validare le Tecniche

Per dimostrare l'efficacia di questi nuovi metodi, gli scienziati li hanno applicati a due geni specifici: MYC ed EGFR. Questi geni sono importanti in vari processi biologici. I ricercatori hanno rilevato che sia i segnali di DNA che quelli di RNA sono stati rilevati con alta efficienza in diversi tipi di cellule. Il metodo simultaneo si è dimostrato efficace nel catturare i segnali di DNA, mostrando tassi di rilevamento vicini al 100%. Anche il metodo sequenziale ha mostrato affidabilità, ma con livelli di efficienza leggermente diversi per il rilevamento dell'RNA.

#Osservare Alleli Genici Attivi e Inattivi

I nuovi metodi ad alta capacità non solo consentono il rilevamento di DNA e RNA, ma permettono anche di confrontare come diverse versioni di geni si comportano all'interno dello stesso nucleo. Catalogando gli alleli come "attivi" o "inattivi", i ricercatori possono esplorare se la posizione all'interno del nucleo è correlata all'attività genica. Hanno definito gli alleli attivi come quelli con un segnale di RNA associato, mentre gli alleli inattivi ne erano privi.

#Posizionamento Radiale degli Alleli

I ricercatori hanno analizzato la distribuzione spaziale degli alleli attivi e inattivi. Hanno misurato quanto ciascun allele si trovasse lontano dal centro del nucleo, fornendo spunti su se la posizione degli alleli sia correlata al loro stato di espressione. I risultati suggerivano che sia gli alleli attivi che inattivi dei geni MYC ed EGFR occupano posizioni simili all'interno del nucleo, indicando nessuna differenza significativa nella loro distribuzione spaziale in base all'attività.

#Implicazioni dei Risultati

I risultati di questi studi evidenziano l'importanza di comprendere come l'organizzazione del genoma influisce sull'espressione genica. I metodi FISH simultanei e sequenziali sviluppati qui offrono strumenti potenti per la futura ricerca in quest'area. Consentendo di analizzare molte cellule contemporaneamente, queste tecniche possono fornire intuizioni sulla complessità della regolazione genica.

#Applicazioni dei Protocolli

I protocolli stabiliti attraverso questa ricerca possono essere applicati a vari campi, inclusi la ricerca sul cancro, la biologia dello sviluppo e la genetica. Offrendo un quadro più chiaro di come specifici alleli si comportano in cellule vive, i ricercatori possono ottenere una comprensione più profonda dei meccanismi che stanno alla base della regolazione genica.

#Conclusione

In sintesi, lo sviluppo di protocolli FISH per DNA/RNA ad alta capacità offre preziose intuizioni sulla relazione tra struttura della cromatina e attività genica. La capacità di esaminare singoli alleli all'interno di cellule individuali apre la strada a ulteriori scoperte sulla regolazione e l'espressione genica. Questi metodi rappresentano un significativo progresso nello studio dell'organizzazione del genoma e della sua influenza sui processi biologici, consentendo ai ricercatori di sbloccare nuove possibilità nelle loro indagini.