Ricerche

Una ricerca ha svelato nuove varianti genetiche non codificanti associate al funzionamento delle microglia nell'Alzheimer.

Colorazione a immunofluorescenza del marcatore IBA-1 specifico delle microglia (Fonte: Yang et al. 2023)

Degli scienziati che studiano il morbo di Alzheimer (MA) hanno identificato migliaia di varianti genetiche nel genoma, implicate nello sviluppo di questa malattia neurodegenerativa progressiva.

Queste varianti sono situate prevalentemente in regioni genomiche che non codificano proteine, rendendo difficile capire quali varianti conferiscono il rischio di MA agli individui. Una volta gli scienziati pensavano che le varianti non codificanti fossero 'DNA spazzatura'.

Negli ultimi anni, si è riconosciuto il ruolo di queste varianti nel controllo dell'espressione genica in vari tessuti e tipi di cellule. Tuttavia, collegare queste varianti non codificanti ai geni che regolano, e i loro effetti sulle funzioni correlate al MA, è un compito improbo.

Ora, ricercatori dell'Università della Carolina del Nord di Chapel Hill e dell'Università della California di San Francisco, hanno identificato i collegamenti delle varianti di rischio con le funzioni delle microglia e quindi come possono contribuire al MA.

"Le microglia sono cellule immunitarie del cervello di fondamentale importanza per il MA", ha affermato Yun Li PhD, professore di genetica e biostatistica dell'UNC e dell'UNC Gillings School of Global Public Health. “Il nostro studio si concentra esattamente su regioni genomiche cruciali che sono importanti per regolare le microglia. Queste varianti e regioni che abbiamo scoperto serviranno da ottimo punto di partenza per condurre ulteriori esperimenti sulle microglia".

Li e Yin Shen PhD, prof.ssa associata dell'Institute of Human Genetics e del Dipartimento di Neurologia della UC-San Francisco, e i loro team, nello studio pubblicato su Nature Genetics hanno eseguito un'analisi dettagliata di potenziali regioni funzionali delle microglia che ospitano varianti genetiche associate al MA, e hanno scoperto 181 nuove regioni di interesse contenenti 308 varianti prioritarie, delle quali in precedenza non si conosceva il ruolo nel MA.

Mappatura fine e CRISPRi

Li e i suoi colleghi sono partiti da 37 loci genetici associati al MA per dare la priorità alle varianti di rischio e alle loro potenziali regioni funzionali residenti (regioni cis-regolatorie candidate o cCRE) nelle microglia, attraverso un processo chiamato mappatura fine. Un locus alla volta, hanno studiato le varianti associate con una speciale considerazione delle firme epigenetiche e delle annotazioni di interazione del genoma 3D che indicano la loro probabilità di funzionamento nelle microglia.

Dopo aver dato priorità alle varianti che hanno maggiori probabilità di esercitare il loro effetto sul MA attraverso la funzione regolatoria genica nelle microglia, hanno eseguito esperimenti di selezione di interferenza CRISPR (CRISPRi) per definire esattamente le regioni che influenzano l'espressione genica delle microglia usando microglia differenziate da cellule staminali umane pluripotenti.

Usando questa tecnologia di editing epigenomico, i ricercatori possono 'perturbare' le regioni candidate per vedere se qualsiasi regione genomica testata può influire sull'espressione genica a valle. Hanno scoperto che lo spegnimento di una regione può spesso avere un impatto su un 'intero quartiere' di geni, proprio come un blackout della rete elettrica.

"Abbiamo fatto la domanda sbagliata", ha detto Li. “Dovremmo chiederci cosa sta influenzando sulle microglia il gene o i geni puntati di queste varianti. A volte, una variante può influire sull'espressione di più geni nel quartiere".

Identificarne uno tra i tanti

Inoltre, ciascuna regione potrebbe contenere diverse varianti genetiche associate al MA. I ricercatori dovevano quindi individuare quali varianti sono causali tra le tante identificate attraverso l'analisi genetica. Tale precisione è cruciale per comprendere i meccanismi con cui le varianti non codificanti contribuiscono allo sviluppo del MA.

Il team ha impiegato una tecnica di editing del genoma all'avanguardia (prime editing), che ha consentito loro di introdurre una singola sostituzione della base di DNA alla volta e di valutare la funzione delle singole varianti nel locus a rischio MA TSPAN14. Attraverso questo metodo, sono riusciti a identificare una variante specifica, differenziandola da un'altra che è quasi perfettamente correlata e nella stessa regione cCRE, come responsabile dell'espressione di TSPAN14.

Collegare varianti non codificanti alle funzioni, oltre l'espressione genica

Ancora più importante, la variante responsabile ha ulteriormente influito negativamente su una cascata di processi cellulari a valle, tra cui la maturazione della proteina ADAM10 e la triturazione del TREM2 solubile nelle microglia. Poiché tutti e tre i geni di cui sopra sono noti per essere geni a rischio del MA, lo studio collega con successo una variante non codificante del MA alle funzioni delle microglia al di là del controllo dell'espressione genica.

I loro risultati di ricerca, ha affermato Li, fungeranno da nuova base da cui altri ricercatori possono scoprire più varianti causali di MA, prevedere i rischi della malattia e sviluppare terapie più efficaci. [...]