Un solo esame, anziché quattro, per ottenere una fotografia molto più completa del Dna e individuare contemporaneamente mutazioni genetiche, alterazioni della metilazione, variazioni nel numero di copie e origine materna o paterna delle varianti.
È la prospettiva aperta da uno studio pilota coordinato dall’Università di Verona, con il dipartimento di Biotecnologie e Massimo Delledonne, insieme all’Università di Torino e alla Città della Salute e della Scienza di Torino, con Alfredo Brusco del dipartimento di Neuroscienze. La ricerca ha sperimentato una nuova generazione di tecnologie di sequenziamento del Dna applicata alle malattie da imprinting, un gruppo di patologie genetiche rare.
I risultati, pubblicati sulla rivista Scientific Reports del gruppo Springer Nature, mostrano che un singolo esperimento di sequenziamento è riuscito a individuare correttamente, in tutti e tre i pazienti analizzati, l’alterazione genetica o epigenetica responsabile della malattia.
Dalla metilazione all’origine parentale
Al centro dello studio c’è lo spettro di Beckwith-Wiedemann (BWSp), la più frequente tra le malattie da imprinting. Si tratta di condizioni nelle quali viene alterato il normale meccanismo che stabilisce quale delle due copie di determinati geni, quella materna o quella paterna, debba rimanere attiva.
Un ruolo fondamentale è svolto dalla metilazione, una modifica chimica del Dna che può determinare il “silenziamento” di un gene senza cambiarne la sequenza.
Nel caso della sindrome di Beckwith-Wiedemann, queste alterazioni possono essere associate, tra l’altro, a crescita eccessiva del corpo, macroglossia e a un maggiore rischio di sviluppare alcuni tumori durante l’infanzia.
Oggi arrivare a una diagnosi può richiedere diversi esami: analisi della metilazione, ricerca delle variazioni nel numero di copie del Dna e sequenziamenti mirati. Un percorso che può essere lungo e costoso e che può risultare particolarmente complesso quando l’alterazione è presente soltanto in una parte delle cellule, fenomeno noto come mosaicismo.
La tecnologia che legge migliaia di lettere del Dna
La ricerca ha messo alla prova il cosiddetto sequenziamento long-read, una tecnologia di terza generazione sviluppata, in questo caso, attraverso le piattaforme Oxford Nanopore Technologies.
A differenza delle tecniche tradizionali, che analizzano brevi frammenti di Dna, il sistema consente di leggere migliaia di “lettere” consecutive del genoma.
Il vantaggio è significativo: nella stessa analisi è possibile osservare non soltanto la sequenza del Dna, ma anche le variazioni nel numero di copie dei geni, la metilazione e l’origine materna o paterna delle varianti.
La metilazione, inoltre, viene rilevata direttamente durante il sequenziamento, senza dover sottoporre il campione a trattamenti chimici che possono modificarne le caratteristiche.
Una delle tecniche utilizzate, chiamata adaptive sampling, permette inoltre di indirizzare l’analisi verso specifiche regioni del genoma, senza dover amplificare il Dna attraverso la PCR.
Tutte le alterazioni individuate nei tre pazienti
I ricercatori hanno confrontato tre diverse configurazioni di sequenziamento su tre pazienti ai quali era già stata diagnosticata la sindrome.
La configurazione che ha dato i risultati migliori ha raggiunto una copertura media di 169 volte delle regioni di interesse, consentendo di ottenere con un unico esperimento sia un’analisi mirata dei geni coinvolti sia una visione più ampia del genoma.
In tutti e tre i casi sono state individuate correttamente le alterazioni già conosciute.
Lo studio ha confermato, in particolare, due casi di disomia uniparentale paterna in mosaico e un caso di perdita di metilazione nella regione di controllo Ic2.
I ricercatori hanno inoltre verificato che la quantità di sequenziamento necessaria può essere ridotta di oltre la metà senza compromettere l’accuratezza diagnostica. Un risultato che potrebbe contribuire, in prospettiva, a rendere la tecnologia meno costosa.
Anche il dispositivo più compatto, il MinION, ha raggiunto una copertura superiore alla soglia indicata per la diagnostica genetica. Un elemento che potrebbe rendere questo approccio utilizzabile anche in laboratori con risorse più limitate.
«Un cambio di paradigma»
Per Massimo Delledonne, dell’Università di Verona, il sequenziamento mediante nanopori rappresenta un vero cambio di paradigma: «Permette di analizzare direttamente, in un’unica lettura, lunghi frammenti di Dna e le loro modificazioni epigenetiche, superando molti dei limiti delle tecnologie tradizionali».
Una prospettiva che, secondo il ricercatore, potrà contribuire a rendere la diagnosi delle malattie genetiche «più rapida, completa e personalizzata».
I ricercatori invitano però alla cautela: si tratta ancora di risultati preliminari, ottenuti su un numero molto ristretto di pazienti. Prima di un eventuale ingresso nella pratica clinica sarà necessario validare la metodologia su gruppi più ampi e confrontarla con gli attuali sistemi diagnostici.
«Anche se meno rumorosa della rivoluzione legata all’intelligenza artificiale, il sequenziamento di terza generazione apre le porte a una rivoluzione della nostra comprensione del genoma umano», sottolinea Alfredo Brusco dell’Università di Torino.
La ricerca veronese e torinese si inserisce in un processo internazionale di sviluppo di queste tecnologie, con nuovi programmi di sequenziamento su larga scala e applicazioni sempre più ampie anche allo studio della metilazione del Dna.
