Altre scienze omiche

• La trascrittomica è la disciplina che studia quali mRNA sono espressi da un tipo di cellule, da un tessuto o un sistema biologico in una specifica situazione.
• Il trascrittoma viene analizzato mediante microarray o RNA-seq.
• L’epigenomica è la disciplina che studia l’insieme delle modificazioni epigenetiche presenti in una cellula un tessuto o un sistema biologico in specifiche condizioni.
• L’epigenoma viene analizzato usando tecniche basate sul sequenziamento di nuova generazione (ChIP-seq, DNase seq, ATAC-seq).

L’insieme degli RNA messaggeri espressi da un tipo di cellule, un tessuto o un sistema biologico è detta trascrittoma. La disciplina che li studia è chiamata trascrittomica. Dalla conoscenza del trascrittoma si possono ricavare, per esempio, informazioni sulle vie biologiche di segnalazione o metaboliche (in gergo chiamate pathway) che si attivano o si inattivano in determinate situazioni. Queste informazioni permettono di comprendere dettagli in più sulla patogenesi delle malattie e di identificare nuovi possibili bersagli terapeutici. Per esempio, sapendo che in un certo tipo di tumore la proliferazione delle cellule tumorali è favorita dall’attivazione di un certa via di segnalazione, si può pensare di sviluppare un inibitore specifico per un componente chiave di tale pathway in modo da arrestare la crescita del tumore.

Le principali tecniche utilizzate per lo studio del trascrittoma sono i microarray e l’RNA-seq. Come per il Northern blot e la real-time PCR, il punto di partenza consiste nella lisi (ossia la distruzione) delle membrane delle cellule di interesse per l’estrazione dell’RNA. Mentre le prime due tecniche consentono di analizzare l’espressione di un numero limitato di geni, i microarray e l’RNA-seq permettono di valutare l’espressione di migliaia di geni contemporaneamente.

Il campione da analizzare può consistere in:

• cellule coltivate in laboratorio, in precise condizioni come, per esempio, in presenza di una sostanza o di un farmaco, oppure in condizioni che mimano quelle che possono verificarsi nei tessuti (come l’ipossia);
• cellule estratte da campioni biologici, per esempio isolate dal sangue di persone sane o malate;
• piccolissime quantità di tessuto ottenute mediante biopsia, un prelievo effettuato a scopo diagnostico, o da pezzi chirurgici conservati dopo l’asportazione della parte malata.

Le molecole di mRNA estratte dai campioni sono trascritte nei cosiddetti cDNA. Nei microarray ciascuna molecola di cDNA viene marcata con una molecola fluorescente e messa in incubazione insieme a un supporto (chip) delle dimensioni di pochi centimetri, su cui sono state immobilizzate in una griglia ordinata decine di migliaia di molecole di DNA con sequenze specifiche dei vari geni.

Il cDNA si legherà solo in corrispondenza degli “spot” di DNA che corrispondono ai geni espressi. I segnali fluorescenti vengono quindi rilevati da un apposito lettore e analizzati con il computer.

L’RNA-seq (da “RNA sequencing”) è una tecnica più recente, basata sul sequenziamento di nuova generazione. Con il single cell RNA-seq è possibile valutare il trascrittoma di ogni singola cellula presente nel campione. Ciò può essere importante per capire, per esempio nei tumori, se ci sono sottopopolazioni di cellule che si distinguono perché esprimono particolari geni.

L’epigenoma è l’insieme delle modificazioni molecolari a cui può andare incontro il genoma di una cellula senza che ne vengano modificate le sequenze di DNA. Se è vero che tutte le cellule di un individuo hanno lo stesso genoma, ogni tipo cellulare ha un epigenoma differente che controlla l’accesso ai geni che possono essere espressi in ogni dato momento. La sequenza del DNA resta immutata, ma l’aggiunta di gruppi chimici o piccole proteine in posizioni specifiche permette di accedere o meno ai geni che di conseguenza possono o non possono essere espressi.

Per l’analisi dell’epigenoma si utilizzano tecniche basate sul sequenziamento di nuova generazione, come ChIP-seq, DNase seq e ATAC-seq. Queste tecniche fanno parte delle tecniche “high throughput” (letteralmente “ad elevata capacità”), che per l’analisi e l’interpretazione dei risultati richiedono il coinvolgimento di bioinformatici. Questi sono ricercatori con specifiche competenze in software e metodologie idonee all’analisi di enormi quantità di dati molecolari.