Lo studio delle Università di Verona e Torino sperimenta una tecnologia capace di rilevare, con un’unica analisi, alterazioni genetiche ed epigenetiche nelle malattie da imprinting
Una nuova generazione di tecnologie per il sequenziamento del DNA potrebbe rendere la diagnosi delle malattie genetiche rare più rapida, completa e precisa. È quanto emerge da uno studio pilota coordinato dall’Università di Verona, dall’Università di Torino e dalla Città della Salute e della Scienza di Torino.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Scientific Reports, ha coinvolto tre pazienti affetti dallo spettro di Beckwith-Wiedemann, la più frequente tra le cosiddette malattie da imprinting. In tutti i casi, un solo esperimento di sequenziamento ha individuato correttamente l’alterazione genetica o epigenetica responsabile della patologia.
Che cosa sono le malattie da imprinting
L’imprinting genomico è un particolare meccanismo di regolazione dei geni. Per alcuni di essi rimane attiva soltanto la copia ereditata dalla madre o dal padre, mentre l’altra viene fisiologicamente silenziata attraverso la metilazione del DNA.
La metilazione interessa soprattutto la citosina, una delle quattro basi che compongono il DNA. Quando questa modificazione chimica si concentra vicino a un gene, può ridurne o impedirne l’attività senza modificare la sequenza genetica. È uno dei principali meccanismi studiati dall’epigenetica.
Se questo delicato equilibrio si altera, possono insorgere le malattie da imprinting. Tra queste rientra lo spettro di Beckwith-Wiedemann, una condizione caratterizzata da crescita corporea eccessiva, possibile macroglossia e maggiore rischio di sviluppare alcuni tumori durante l’infanzia.
Una sola analisi al posto di diversi test
Attualmente la diagnosi richiede spesso l’impiego di più esami: analisi della metilazione, ricerca delle variazioni nel numero di copie del DNA e sequenziamento mirato. Si tratta di procedure che possono aumentare tempi e costi e che non sempre riescono a identificare facilmente il mosaicismo, cioè la presenza dell’alterazione soltanto in una parte delle cellule.
Le tecnologie di sequenziamento di terza generazione, sviluppate da Oxford Nanopore Technologies, permettono invece di analizzare frammenti di DNA molto lunghi. Il materiale genetico attraversa un minuscolo poro molecolare, che ne legge la sequenza per migliaia di basi consecutive.
Questo approccio “long-read” consente di ottenere contemporaneamente informazioni sulla sequenza del DNA, sulla metilazione, sul numero di copie dei geni e sull’origine materna o paterna delle varianti.
DNA analizzato senza alterarne il segnale
Uno dei vantaggi principali consiste nella possibilità di leggere direttamente la metilazione, senza ricorrere a trattamenti chimici che potrebbero danneggiare il campione.
La tecnica denominata “adaptive sampling” permette inoltre di concentrare il sequenziamento sulle regioni genetiche di maggiore interesse senza amplificare il DNA attraverso la PCR. Questa procedura, infatti, rischierebbe di modificare o cancellare il segnale naturale della metilazione.
Il gruppo di ricerca ha confrontato tre configurazioni: l’adaptive sampling su MinION, un sequenziatore portatile; lo stesso metodo sulla piattaforma ad alta capacità PromethION P2; e il sequenziamento dell’intero genoma effettuato con quest’ultima tecnologia.
Identificate tutte le alterazioni genetiche
La configurazione più performante ha raggiunto nelle regioni selezionate una copertura media di 169 volte. Con un unico esperimento è stato così possibile ottenere sia un’analisi approfondita dei geni coinvolti sia una visione più generale del genoma.
I ricercatori hanno confermato correttamente tutte le alterazioni già conosciute nei tre pazienti: due casi di disomia uniparentale paterna in mosaico e un caso di perdita di metilazione nella regione di controllo IC2.
Un’analisi successiva ha indicato che la quantità di sequenziamento potrebbe essere ridotta di oltre la metà senza compromettere l’accuratezza diagnostica, con possibili vantaggi anche sul piano economico. Il dispositivo portatile MinION ha inoltre raggiunto una copertura superiore alla soglia raccomandata per la diagnostica genetica, mostrando una potenziale applicabilità anche nei laboratori con risorse più limitate.
Verso diagnosi genetiche più personalizzate
«Il sequenziamento mediante nanopori rappresenta un cambio di paradigma», ha spiegato Massimo Delledonne, del Dipartimento di Biotecnologie dell’Università di Verona. La possibilità di analizzare in una sola lettura lunghi frammenti di DNA e le loro modificazioni epigenetiche potrebbe infatti rendere le diagnosi più rapide, complete e personalizzate.
Secondo Alfredo Brusco, del Dipartimento di Neuroscienze dell’Università di Torino, il sequenziamento di terza generazione sta aprendo una nuova fase nello studio del genoma umano, sebbene questa trasformazione sia meno visibile rispetto alla rivoluzione dell’intelligenza artificiale.
I risultati devono tuttavia essere interpretati con cautela. Lo studio è stato condotto soltanto su tre pazienti e dovrà essere confermato attraverso sperimentazioni più ampie. Prima dell’introduzione nella pratica clinica sarà inoltre necessario confrontare sistematicamente questa tecnologia con gli attuali metodi diagnostici.
La ricerca di Verona e Torino rappresenta comunque uno dei primi esempi di applicazione sistematica del sequenziamento nanopore alle malattie da imprinting. Una prospettiva che, se validata, potrebbe semplificare il percorso diagnostico e migliorare l’identificazione delle alterazioni genetiche ed epigenetiche più difficili da rilevare.
