Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato la prima mappa delle modifiche del DNA nelle regioni del cervello umano legate all’apprendimento, alla memoria e alla regolazione delle emozioni. Lo studio, condotto da Chongyuan Luo dell’Università della California di Los Angeles (UCLA) e Mercedes Paredes dell’Università della California di San Francisco (UCSF), in collaborazione con scienziati del Salk Institute, dell’Università della California di San Diego (UCSD) e della Seoul National University, è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature.
La ricerca si è concentrata su due aree cerebrali chiave: l’ippocampo e la corteccia prefrontale, entrambe implicate in disturbi neuropsichiatrici come l’autismo e la schizofrenia. Grazie a un approccio innovativo di sequenziamento del DNA, i ricercatori hanno ottenuto uno sguardo senza precedenti sulla regolazione genetica durante lo sviluppo del cervello umano, rivelando il ruolo cruciale della struttura tridimensionale della cromatina (il complesso di DNA e proteine) nella formazione di queste aree.
“I disturbi neuropsichiatrici, anche quelli che emergono in età adulta, spesso derivano da fattori genetici che alterano lo sviluppo cerebrale precoce“, ha spiegato Luo, ricercatore presso l’Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research dell’UCLA. “La nostra mappa offre una base di riferimento per confrontare gli studi genetici sui cervelli affetti da malattie e individuare quando e dove si verificano i cambiamenti molecolari“, ha aggiunto Luo.
Il gruppo di ricerca ha utilizzato una tecnica di sequenziamento innovativa, sviluppata dallo stesso Luo, chiamata single nucleus methyl-seq and chromatin conformation capture (snm3C-seq). Questa tecnologia consente di esaminare simultaneamente due meccanismi epigenetici che regolano l’espressione genica: la metilazione del DNA, una modifica chimica che può influenzare l’attività genica, e la conformazione della cromatina, la struttura 3D che determina come i cromosomi sono ripiegati all’interno del nucleo cellulare.
Capire come questi due elementi regolino i geni durante lo sviluppo è fondamentale per comprendere come errori in questi processi possano portare a condizioni neuropsichiatriche. Luo ha sottolineato che “la stragrande maggioranza delle varianti che causano malattie si trova tra i geni del cromosoma, il che rende difficile determinare quali geni regolano“. Grazie alla mappa genetica sviluppata, i ricercatori ora possono visualizzare come il DNA è organizzato nelle singole cellule e collegare varianti genetiche specifiche a particolari geni, cellule e periodi di sviluppo.
Lo studio ha coinvolto oltre 53.000 cellule cerebrali prelevate da donatori, coprendo un arco temporale che va dalla metà della gestazione all’età adulta. I risultati hanno rivelato cambiamenti significativi nella regolazione genica durante le fasi critiche dello sviluppo cerebrale. In particolare, uno dei periodi più dinamici si verifica intorno alla metà della gravidanza, quando le cellule staminali neurali, note come glia radiale, smettono di produrre neuroni e iniziano a generare cellule gliali, essenziali per il sostegno e la protezione dei neuroni.
“Il nostro studio affronta la complessa relazione tra l’organizzazione del DNA e l’espressione genica nel cervello umano in via di sviluppo in età tipicamente non indagate, come il terzo trimestre e l’infanzia“, ha dichiarato Paredes, professore associato di neurologia alla UCSF. “Le connessioni che abbiamo identificato tra i diversi tipi di cellule potrebbero aiutare a svelare i fattori di rischio genetici associati a patologie del neurosviluppo e neuropsichiatriche“.
La mappa genetica ottenuta rappresenta un importante strumento per migliorare i modelli basati su cellule staminali, come gli organoidi cerebrali, utilizzati per studiare lo sviluppo del cervello e le malattie neurologiche. Joseph Ecker, professore al Salk Institute e coautore dello studio, ha evidenziato che “il nostro studio crea un’importante banca dati che cattura i cambiamenti epigenetici chiave che si verificano durante lo sviluppo del cervello, avvicinandoci a capire dove e quando si verificano i fallimenti che possono portare a disturbi del neurosviluppo come l’autismo“.
Grazie alla pubblicazione dei dati su una piattaforma online, i ricercatori sperano che questa risorsa diventi uno strumento prezioso per altri scienziati, facilitando ulteriori studi che possano collegare varianti genetiche a specifici geni e periodi di sviluppo.
