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Il genoma Google

Il libro è Cap Analysis Gene Expression (CAGE). The Science of Decoding Genes Transcription. L’autore è Piero Carninci, cervello, creatività e impegno italiano di stanza in Giappone,  all’Omics Science Center, dove è leader del Functional Genomics Technology Team e della Omics Resource Development Unit, oltre che vicedirettore del Life Science Accelerator (LSA) Technology Development Group.
Abbiamo raggiunto Carninci via Skype e gli abbiamo chiesto di spiegarci meglio di cosa si tratta, quali sono le potenzialità di questo metodo di analisi, perché è ampiamente usato da importanti consorzi di ricerca come Fantom ed Encode, cosa si aspetta da questo suo nuovo lavoro. Quello che state per leggere è il suo racconto.

La Cap Analysis Gene Expression è un metodo per la misurazione di tutti i geni geni che sono in un tessuto o in una cellula. Quando dico tutti voglio dire proprio tutti i geni che sono espressi, compresi i geni ancora non identificati, senza bisogno di fare ipotesi.
Ad esempio nel caso di una malattia, con questo metodo è possibile individuare tutto quanto è alterato, confrontare i tessuti anormali (ad esempio, tessuto tumorale) con quelli normali e capire qual’è il set di geni che sono espressi nel posto sbagliato o al momento sbagliato.

Come avviene tutto questo?
Mediante la metodologia del sequenziamento: si sintetizzano in provetta copie di DNA a partire dagli RNA cellulari (cDNA) che vengono analizzati da strumenti chiamati “sequenziatori di DNA”, che per l’appunto decifrano la sequenza di questi cDNA. Il numero dei cDNA identificati è proporzionale al numero degli RNA che c’erano nel campine analizzato, per cui si conta e si misura l’espressione relativa.
Per geni che hanno prodotti molti RNA, si conteranno migliaia o decine di migliaia di sequenze, per geni poco espressi si trovano poche sequenze, per geni non espressi non si trova nulla.

Un’altra parola chiave di questa metodologia è il “cap”. Il cap sarebbe un ‘cappuccio’ chimico che sta all’inizio degli RNA cellulari, ovvero dove la trascrizione del gene inizia. Questo equivale al sito nel genoma in cui c’e il promotore, ovvero l’interruttore che controlla se il gene è acceso o spento.  La sequenza dei cDNA inizia da questo punto. Pertanto, la metodica permette simultaneamente di mappare gli “interruttori dei geni” e misurare la loro attività: ci sono centinaia di migliaia di questi interruttori. Come si fa a mappare? Il lo chiamo il genoma Google. Visto che si ottengono tante sequenze di cDNA, si fa una ricerca, sequenza per sequenza; come database, si cerca naturalmente non in internet, ma nella sequenza del genoma, che è nota. Il computer fa il lavoro automaticamente per tutti i cDNA e ritorna al ricercatore la mappa completa.

Pertanto, col CAGE riusciamo ad analizzare l’espressione di tutti i geni e i loro interruttori (o promotori) in un singolo esperimento.
Infine, studiando al computer e poi sperimentalmente la sequenza degli interruttori, si capisce cosa li accende o cosa li può spegnere.
In definitiva, il CAGE fornisce un metodo per controllare l’espressione dei gene. In termini pratici, questo aiuta a studiare come si potrà intervenire in futuro per modificare il comportamento cellulare. Ad esempio, può aiutare a produrre nuove cellule per future terapie.

Si tratta di una metodologia usata ampiamente in progetti internazionali come ad esempio il Fantom e l’Encode. L’auspicio è che il libro possa aiutare questa metodologia a diventare uno standard nell’analisi biologica.