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Ricostruita la prima sequenza genetica completa di un cromosoma X

Per la prima volta è stato possibile assemblare i vari pezzi di codice del DNA di un cromosoma X, alle cui variazioni sono legate diverse malattie.

Cromosoma X
I cromosomi sessuali come il cromosoma X costituiscono una delle 23 coppie di cromosomi contenute nelle cellule umane. Tipicamente, le donne hanno due coppie di cromosoma X (XX) mentre gli uomini hanno un cromosoma X e uno Y (XY). | Shutterstock

A quasi due decenni dalla pubblicazione del sequenziamento completo del DNA umano (era il 2003) restano ancora molti buchi nella nostra conoscenza della sequenza genetica che fornisce le istruzioni per far funzionare l'organismo. Ora siamo alle soglie di un importante passo in avanti grazie alla ricostruzione della sequenza completa di un singolo cromosoma umano - il cromosoma X - dall'inizio alla fine (o, meglio, da telomero a telomero: i telomeri sono le guaine che proteggono la regione terminale dei cromosomi).

 

Il risultato ottenuto dall'UC Santa Cruz Genomics Institute, descritto su Nature, è di fondamentale importanza per la genomica, che è la disciplina che studia la struttura del DNA, mentre il cromosoma X è stato scelto anche perché ad esso sono legate molte malattie genetiche, che avranno una chance in più di poter essere decifrate.

 

Il metodo. La tecnica in questione dimostra i benefici apportati dagli ultimi sviluppi a una tecnica relativamente nuova (2012) e rivoluzionaria per il sequenziamento genetico, il  metodo di sequenziamento basato su nanopori. In estrema sintesi: si fa passare il DNA attraverso molecole organiche con una sorta di foro di dimensioni nanometriche (nell'ordine del miliardesimo di metro), in una membrana a cui è applicata una differenza di potenziale (una carica elettrica). Per attraversare il foro, il DNA deve srotolare la catena di basi permettendo così la "lettura" delle singole basi che compongono i filamenti dalle variazioni di segnale elettrico. Procedendo in questo modo è stato possibile ricostruire sequenze ultralunghe di centinaia di migliaia di basi che si ripetono in determinate regioni, e che finora risultavano difficili da leggere.

 

Le sequenze ripetute di DNA, comuni in tutto il genoma, hanno sempre rappresentato uno scoglio per il sequenziamento perché la maggior parte delle tecnologie utilizzate produce letture relativamente corte, che devono poi essere attaccate l'una all'altra come i pezzi di un puzzle per poter comporre la sequenza completa. Queste sequenze più piccole sono all'apparenza quasi identiche, come le parti che compongono il cielo o il mare di un puzzle con migliaia di pezzi, senza indizi su come poterle unire tra loro.

Pazienza certosina. Le sequenze ricche di ripetizioni un tempo erano considerate inaffrontabili, ma la nuova tecnica ha permesso di superare alcuni dei precedenti ostacoli. Altri sono rimasti: per poter completare il cromosoma X, per esempio, il team ha dovuto risolvere "a mano" alcune pause nella sequenza, una dei quali a livello del centromero, regione nota per essere formata da sequenze di basi particolarmente ripetitive.

 

Nel cromosoma X, il centromero comprende una regione di 3,1 milioni di paia di basi azotate (A, C, T e G, che si accompagnano due a due nella doppia elica del DNA e codificano informazioni genetiche con la loro sequenza). Il team ha usato le varianti nella sequenza ripetuta come "guide" per allineare le varie sequenze lunghe decifrate e collegarle fino a coprire l'intero centromero. Riempire gli spazi rimasti nelle sequenze del DNA umano permetterà di cercare nuove associazioni tra le loro variazioni e le malattie, oltre a comprendere meglio i legami tra biologia umana ed evoluzione.

15 luglio 2020 | Elisabetta Intini