Il genoma di 240 specie di mammiferi spiega i rischi di malattie umane

 

I ricercatori hanno individuato le regioni del genoma umano che mancavano di una precedente caratterizzazione funzionale, comprendenti elementi regolatori cruciali per il corretto funzionamento del genoma.

 

Uno sforzo collaborativo tra l’Università di Uppsala e il Broad Institute, che ha coinvolto oltre 30 gruppi di ricerca, ha condotto un’indagine completa e un’analisi di 240 genomi di mammiferi.

I risultati, che sono stati pubblicati in 11 articoli su Science, chiariscono la traiettoria evolutiva dei genomi dei mammiferi, incluso quello degli esseri umani.

Circa 20.000 geni sono presenti nel genoma umano, che codificano per sintetizzare tutte le proteine del corpo.

Inoltre, il genoma codifica linee guida che dettano il sito, i tempi e la quantità di sintesi proteica. Mentre le regioni codificanti le proteine sono facili da identificare, gli elementi regolatori che governano l’espressione genica sono più difficili da individuare.

Tuttavia, studiando numerosi genomi di mammiferi, è possibile determinare quali regioni del genoma sono funzionalmente significative.

I ricercatori coinvolti nelle pubblicazioni su Science hanno ipotizzato che se una posizione genomica rimane conservata attraverso 100 milioni di anni di evoluzione, è probabile che svolga una funzione in tutti i mammiferi.

Per la prima volta, hanno testato ampiamente questa ipotesi conducendo un’indagine completa e un confronto sistematico dei genomi di 240 mammiferi.

I ricercatori sono stati in grado di individuare le regioni del genoma umano che mancavano di una precedente caratterizzazione funzionale, probabilmente comprendenti elementi regolatori cruciali per il corretto funzionamento del genoma.

Le mutazioni in queste regioni possono contribuire in modo significativo all’insorgenza della malattia o a tratti unici nelle specie di mammiferi.

I ricercatori sono riusciti a identificare oltre tre milioni di elementi regolatori significativi nel genoma umano, metà dei quali erano precedentemente sconosciuti.

Inoltre, hanno determinato che un minimo del 10% del genoma svolge una funzione, che è dieci volte superiore a circa l’uno per cento che codifica le proteine.

Lo studio ha incluso 240 diverse specie di mammiferi, che variano notevolmente in caratteristiche come l’acuità olfattiva o le dimensioni del cervello.

I ricercatori hanno identificato le regioni del genoma che hanno contribuito a tratti specifici della specie, come le capacità olfattive superiori o il letargo.

Matthew Christmas, ricercatore e co-primo autore di uno degli articoli che indagano la funzione del genoma e il suo ruolo nei tratti unici delle diverse specie, commenta: “È emozionante avere finalmente una comprensione completa di quali mutazioni hanno influenzato l’emergere di tratti distinti in mammiferi così divergenti”.

Uno degli studi rivela che l’evoluzione dei mammiferi era già iniziata e ha iniziato a divergere ben prima dell’estinzione dei dinosauri, circa 65 milioni di anni fa.

Il professor Lindblad-Toh sottolinea che le loro scoperte offrono anche approfondimenti critici sulla vulnerabilità delle specie di mammiferi all’estinzione, sulla base dell’entità della variazione genomica.

Queste informazioni potrebbero costituire la base per l’elaborazione di strategie di conservazione in grado di salvaguardare la sopravvivenza delle specie.

Le nuove intuizioni facilitano anche una comprensione più profonda dell’insorgenza della malattia collegando posizioni genomiche evolutivamente conservate a condizioni mediche identificate.

Questa associazione può essere stabilita per tutte le specie, compreso l’uomo, fornendo ai ricercatori una risorsa preziosa per indagare i meccanismi alla base dello sviluppo delle malattie.

Jennifer Meadows, ricercatrice e co-prima autrice del secondo articolo incentrato sullo sfruttamento dei dati del progetto per ottenere informazioni sulla malattia, spiega che le loro analisi di 240 genomi di mammiferi offrono una comprensione più profonda dei segnali regolatori del genoma.

Hanno calibrato i loro risultati su posizioni note per essere associate a condizioni mediche, consentendo l’identificazione di posizioni aggiuntive che potrebbero essere prioritarie per lo studio di tratti neurologici come la schizofrenia, nonché condizioni immunitarie come l’asma o l’eczema.

Confrontare il genoma di individui sani con quello di persone affette da una malattia può fornire informazioni su quali mutazioni contribuiscono all’insorgenza della condizione.

Tuttavia, mentre questo approccio può aiutare a identificare le regioni del genoma che sono potenzialmente significative per la malattia, non fornisce una conoscenza definitiva sulla mutazione specifica che causa la malattia.

Kerstin Lindblad-Toh spiega che una parte considerevole delle mutazioni associate a malattie comuni, come il diabete e il disturbo ossessivo-compulsivo, si trovano in regioni non codificanti del genoma, che svolgono un ruolo nella regolazione genica.

Fornendo approfondimenti sui segnali regolatori del genoma, gli studi del progetto possono facilitare l’identificazione delle mutazioni che contribuiscono all’insorgenza delle malattie e migliorare la nostra comprensione dei meccanismi sottostanti.

Oltre a studiare l’evoluzione e la funzione dei genomi dei mammiferi, i ricercatori hanno anche esaminato il medulloblastoma del cancro, un tumore cerebrale maligno che colpisce prevalentemente i bambini.

Nonostante i recenti progressi nel trattamento, non tutti i bambini con medulloblastoma possono essere curati e i sopravvissuti spesso soffrono di effetti collaterali a lungo termine derivanti dalla terapia aggressiva.