L’intricata trama del meccanismo di controllo dell’espressione genica Un’espressione genica rigorosamente concertata è essenziale specialmente in situazioni dinamiche come le risposte immunitarie rapide. Una ricerca dell’UE ha assunto una nuova prospettiva su come avvenga e ha scoperto nuovi sistemi di controllo. Ricerca di base Salute © Marko Jovanovic I lipopolisaccaridi (LPS) sulla superficie dei microbi attivano risposte immunitarie molto decise attraverso l’interazione con gli immunociti, in particolare le cellule presentanti l’antigene, come le cellule dendritiche (DC). Il team di EXPRESSION DYNAMICS ha indagato sul controllo della risposta immunitaria delle DC murine stimolate con il componente patogeno LPS. Osservando i livelli di RNA e le dinamiche del ciclo di vita della proteina (produzione e degradazione), ha formulato un quadro completo delle variazioni dell’espressione genica durante questa risposta immunitaria. Come riferisce Marko Jovanovic, ricercatore principale nel progetto, “Abbiamo puntato a creare un modello globale, in cui sappiamo quanto ogni tipo di strato regolatore contribuisce all’espressione di ciascun gene”. Un nuovo modello – la glassa sul dolce Il risultato è un modello in cui nuove funzioni cellulari, necessarie ad esempio per la risposta immunitaria acuta, sono azionate principalmente attraverso il controllo a livello di espressione di RNA. Si modifica però anche il proteoma preesistente, per poter adattarsi allo stato di cellula attivata; ciò avviene attraverso la regolazione della produzione o/e disaggregazione delle proteine, il ciclo vitale delle proteine. “Lo abbiamo definito il modello brioche, dove la parte che attrae spessissimo l’interesse delle persone è la glassatura e le variazioni nella glassatura sono analoghe alla parte adattata dalla regolazione del mRNA. La parte del dolce, anch’essa essenziale, ma spesso ingiustamente trascurata, è analoga ai geni costitutivi, i quali devono anch’essi cambiare e, secondo i nostri risultati, coinvolge il ciclo di vita delle proteina,” spiega Marko Jovanovic. Estendendo il modello della biologia dei sistemi alla stimolazione di cellule nervose, i ricercatori stanno ora esaminando come classi di geni differenti siano regolate nello spazio e nel tempo in corpi cellulari e dendriti dei suddetti neuroni stimolati. Applicando lo stesso approccio di proteomica e transcrittomica delle DC stimolate da LPS, i ricercatori troveranno migliaia di geni in parallelo, se le variazioni di proteine saranno state regolate in modo diverso in specifici compartimenti cellulari, come i corpi cellulari e i dendriti. Identificazione dei geni responsabili della regolazione Tradizionalmente, gli screening di knock-out genico vengono utilizzati per trovare i principali regolatori del processo biologico studiato. Anche se da decenni si procede così in organismi modello semplici come il lievito, risulta molto più difficile nei sistemi di mammiferi, specialmente le linee cellulari, e spesso implica valori fenotipici forti, come la sopravvivenza. Invece, EXPRESSION DYNAMICS ha sviluppato un nuovo screening a livello di genoma basato su marcatore, per identificare i regolatori delle variazioni di espressione del gene studiato. È un approccio più sottile, che consente di vagliare quasi ogni processo biologico che interessi. Utilizzando lo screening a livello di genoma basato su CRISPR, ancora una volta con le DC stimolate da LPS, il team ha trovato molti regolatori sconosciuti della risposta immunitaria indotta da LPS. Hanno poi classificato i geni in moduli funzionali con effetti distinti sulla risposta LPS. La ricerca del meccanismo di controllo dei geni nella pratica clinica futura La domanda di brevetto presentata per la somministrazione, l’uso e le applicazioni terapeutiche dei sistemi e della modellizzazione CRISPR-CAS fornisce un’indicazione dell’enorme portata di questa tecnologia. L’identificazione di geni implicati nelle risposte di leucociti del sistema immunitario e la modellizzazione dell’azione di leucociti difettosi e le malattie associate rappresentano forse gli usi più ovvi. Il passaggio successivo, ovvero l’esecuzione di test su possibili prodotti chimici e/o terapie geniche, si prospetta come una base potente in relazione al trattamento. Marko Jovanovic ne sintetizza il potenziale potere per la ricerca biomedica. “Data l’esistenza di un marcatore rilevabile, questo screening a livello di genoma basato su marcatore in cellule primarie di mammiferi ci consentiranno di applicare uno screening genetico imparziale e, si spera, identificare bersagli primari per il trattamento della malattia”. Parole chiave Controllo dell’espressione genica, risposta immunitaria, EXPRESSION DYNAMICS, cellula dendritica, cellula nervosa
