Un nuovo strumento per il tracciamento delle cellule fornirà maggiori indizi per la diagnosi precoce e il trattamento del cancro

Nel mondo microscopico della vita, ogni cellula possiede un misterioso "albero genealogico" che registra il "background" e l'"eredità" della cellula. Quando le cellule si dividono o si differenziano, formano gradualmente diversi tipi di cellule e tessuti. Alcune diventano cellule nervose, costruendo complesse reti neurali; alcune diventano cellule muscolari, fornendo energia per il movimento del corpo; altri si differenziano in cellule del sangue, responsabili del trasporto di ossigeno e sostanze nutritive...

Questo "albero genealogico" delle cellule è chiamato linea cellulare ed è fondamentale per comprendere il processo di sviluppo della vita e l'origine e lo sviluppo delle malattie.

Di recente, il team di Wang Shouwen della School of Life Sciences della Westlake University e del Westlake Laboratory e il team di Li Li hanno collaborato allo sviluppo di un nuovo strumento computazionale, MethylTree, nel campo del tracciamento del lignaggio di singole cellule. Questo strumento è in grado di tracciare con precisione i lignaggi cellulari in modo multi-omico, senza dover ricorrere all'editing genetico, aprendo un nuovo capitolo nel tracciamento non invasivo dei lignaggi e offrendo numerose possibilità per studiare lo sviluppo dei tessuti umani, i meccanismi delle malattie e la terapia con cellule staminali.

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Lo studio della linea cellulare, iniziato con osservazioni e registrazioni al microscopio alla fine del XIX secolo, è in corso da un secolo. Sono stati sviluppati molti metodi per studiare la linea cellulare, ma presentano ancora alcuni difetti.

Ad esempio, alcuni metodi richiedono l'editing del DNA cellulare, che non è molto maturo né dal punto di vista etico né da quello tecnico e pertanto non è adatto alla ricerca sull'uomo; e quei metodi che non richiedono l'editing diretto delle cellule si basano su rare mutazioni somatiche del DNA (la probabilità di mutazione è estremamente bassa, solo 10-9 per nt/divisione), che non solo hanno requisiti tecnici molto elevati, ma sono anche molto costosi (circa 200 dollari USA per cellula).

Pertanto, di fronte a questi problemi, il team di ricerca ha cercato di sviluppare un nuovo metodo efficiente, accurato e multi-omico per tracciare il lignaggio.

La svolta è stata una comune modifica epigenetica del DNA: la metilazione. La metilazione del DNA può regolare l'espressione genica, talvolta bloccando l'espressione di determinati geni e talvolta inducendo la riattivazione e l'espressione di geni.

Immagina di avere un libro della vita molto complesso e informativo, che contiene un'enorme quantità di informazioni sulla vita. Alcuni capitoli devono essere letti in momenti specifici, mentre altri capitoli devono essere ignorati in momenti specifici. La metilazione è come un segnalibro. Non cambieranno il contenuto del libro, ma ti diranno quali capitoli dovresti leggere subito e quali capitoli possono essere temporaneamente ignorati.

I lignaggi cellulari registrano la storia delle divisioni cellulari all'interno di un individuo

Per questo motivo, il team di ricerca ha sfruttato le caratteristiche di metilazione delle cellule e ha sviluppato con successo un nuovo strumento computazionale per il tracciamento del lignaggio, denominato MethylTree. Metile significa metilazione, ovvero utilizzare le caratteristiche della metilazione cellulare per tracciare l'albero cellulare. MethylTree non solo evita in modo intelligente il problema dei valori mancanti e delle interferenze di rumore, ma elimina anche con successo l'impatto delle differenze di metilazione del DNA tipiche dei diversi tipi di cellule.

Allo stesso tempo, il team ha verificato che l'accuratezza di MethylTree è prossima al 100% in molteplici sistemi sperimentali, come il sistema emopoietico umano, lo sviluppo embrionale precoce e il cancro!

Figura 2: MethylTree ricostruisce con successo la linea evolutiva del sangue del cordone ombelicale umano. I cloni nella mappa termica del lignaggio MethylTree (riquadro di destra) sono coerenti con i cloni definiti dal lentivirus LARRY nell'esperimento (riquadro di sinistra).

A cosa serve studiare la linea cellulare?

Studiando le linee cellulari, i ricercatori possono svelare i meccanismi che determinano il destino di diversi tipi di cellule e comprendere il processo di sviluppo di tessuti e organi. Possono anche comprendere le relazioni di discendenza delle cellule tumorali, il che potrebbe fornire indizi per una diagnosi precoce e un trattamento del cancro. Possono anche comprendere come le cellule staminali si differenziano in specifici tipi di cellule, promuovendo lo sviluppo di tecnologie di ingegneria tissutale e di rigenerazione degli organi.

Il team di ricerca ha sviluppato uno strumento, ma le aspettative non si limitano a questo. Dall'insorgenza e dallo sviluppo della malattia all'ottimizzazione personalizzata del trattamento, sperano che altri team si uniscano e utilizzino questo strumento per svelare altri misteri dello sviluppo e della differenziazione cellulare.

(Fonte: Chao News, Westlake University)