Mappare le rotture spontanee del doppio filamento di DNA nelle cellule neurali

Le rotture del doppio filamento del DNA (DSB) possono causare mutazioni e riarrangiamenti con conseguente instabilità del genoma, contribuendo così all’insorgenza di disturbi genetici e tumori. Magda Bienko e Nicola Crosetto forniscono strumenti e risorse per studiare le DSB che si formano spontaneamente in un modello in vitro di patogenesi dei disturbi del neurosviluppo.

I danni al DNA possono essere indotti da fattori esogeni, come le radiazioni UV o i chemioterapici, oppure verificarsi spontaneamente, ad esempio a causa di reazioni metaboliche endogene o della replicazione del DNA. Le rotture a doppio filamento (DSB) sono le lesioni più tossiche del DNA e le cellule eucariotiche hanno sviluppato diversi modi per ripararle. Tuttavia, una riparazione errata delle DSB può compromettere lo sviluppo e la sopravvivenza di tutti gli organismi viventi. Mentre studi precedenti hanno collegato i DSB endogeni a disturbi del neurosviluppo come la schizofrenia (SCZ) e il disturbo dello spettro autistico (ASD), la distribuzione e la frequenza delle DSB che si formano spontaneamente durante la neurogenesi umana non sono state studiate in modo esaustivo.

In uno studio pubblicato su Scientific Data, Magda Bienko e Nicola Crosetto, rispettivamente Group Leader e Senior Manager del Centro di Genomica di Human Technopole, hanno combinato un metodo da loro  precedentemente consolidato per l’identificazione delle DSBs del DNA a livello genomico – in-suspension breaks labelling in situ and sequencing (sBLISS) – con RNA-Sequencing (RNA-Seq) e High-through chromosome conformation capture (Hi-C) per ottenere una mappa delle DSBs endogene in correlazione all’espressione genica e all’organizzazione tridimensionale del genoma in colture di cellule staminali neuroepiteliali (NES) umane e in cellule progenitrici neurali (NPC) e neuronali (NEU) differenziate in vitro.

I ricercatori hanno scoperto che le DSB endogene sono arricchite in corrispondenza del promotore e all’ interno di geni trascrizionalmente attivi, ai confini delle regioni di DNA che regolano l’espressione genica (domini topologicamente associati o TAD) e intorno ai loop 3D della cromatina. Il numero complessivo di DSB incrementa con la differenziazione cellulare, con le cellule NEU che mostrano il maggior numero di DSB endogene e di fragilità genica (cioè la suscettibilità alla rottura). Inoltre, la frequenza delle DSB lungo la sequenza genica é correlata all’abbondanza di CpG nella regione del promotore, alla lunghezza del gene e al suo livello di espressione. Infine, i ricercatori hanno osservato che le DSB sono più abbondanti nei geni legati alla SCZ e all’ASD rispetto ad altri geni codificanti proteine.

In sintesi, Bienko e Crosetto forniscono un atlante delle DSB endogene che si formano spontaneamente durante il differenziamento neuronale umano.

“Il nostro studio è stato condotto su un sistema modello in vitro che molto probabilmente ricapitola solo parzialmente il panorama della fragilità genomica del sistema nervoso. Pertanto, sono necessari ulteriori studi che applichino l’sBLISS a sistemi in vitro più complessi, come gli organoidi cerebrali, nonché a campioni estratti direttamente dal tessuto cerebrale, per caratterizzare pienamente il panorama della fragilità del genoma nel cervello in via di sviluppo e adulto“, hanno dichiarato Magda Bienko e Nicola Crosetto.

Anche se saranno necessari ulteriori studi per confermare i risultati in sistemi più complessi, questi dati rappresentano un’importante risorsa che consente alla comunità scientifica di visualizzare il pattern delle DSB all’ interno di qualsiasi gene di interesse e di indagare l’interazione tra l’organizzazione tridimensionale del genoma e le dinamiche trascrizionali durante il differenziamento delle cellule neurali.

https://www.nature.com/articles/s41597-022-01508-x