RICERCA ITALIANA     

Analisi genomica della regolazione trascrizionale nella mielopoiesi umana normale: correlazione tra localizzazione dei geni, reti geniche e domini nucleari.

Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Abstract

La disponibilità della sequenza del genoma umano ha aperto nuove opportUnità per lo studio dei processi biologici da una prospettiva più ampia. Il contemporaneo sviluppo di metodi bioinformatici, e tecnologie per l'analisi dell'espressione genica su scala genomica, ha consentito di approfondire la conoscenza di struttura e funzione del genoma e ha rivelato l'esistenza di "pattern" coordinati d'espressione genica, in diversi sistemi biologici, all'interno di regioni genomiche fisicamente contigue. Tuttavia, sono ancora sconosciuti i meccanismi molecolari alla base di questa regolazione posizionale dell'espressione genica, così come il loro ruolo biologico sul differenziamento cellulare.
Il nostro progetto intende chiarire gli eventi molecolari coinvolti nella regolazione posizionale dell'espressione genica, analizzare il ruolo biologico di domini cromatinici tessuto-specifici nella regolazione del differenziamento, e migliorare ulteriormente i metodi bioinformatici necessari per lo studio di dati genomici integrati mediante un approccio di “systems biology”.
Recentemente, infatti, in cellule staminali emopoietiche (HSCs) ed in altre cellule mieloidi umane normali, abbiamo identificato regioni genomiche coregolate che comprendono sia “cluster” silenti che altamente espressi. In particolare, vi sono specifiche regioni cromatiniche in cui sono raggruppati geni silenti legati allo sviluppo o alla funzione di altri tessuti >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Sergio Ferrari Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Gli obiettivi che il progetto di ricerca presentato si propone sono i seguenti:

1. Studio dei meccanismi epigenetici che controllano la struttura cromatinica nelle cellule staminali emopoietiche.
Con uno studio precedente, riguardante le correlazioni tra espressione genica e posizione genomica, i ricercatori coinvolti in questo progetto hanno identificato le regioni cromatiniche co-regolate nel corso della mielopoiesi umana normale, e in particolare i cluster genici silenti e altamente espressi.
Le regioni silenti identificate nella mielopoiesi risultano essere particolarmente interessanti poichè, oltre ad essere stabilmente silenziate nel corso del differenziamento, contengono geni legati al differenziamento di altri tessuti. Perciò, il silenziamento genico stabile e coordinato di regioni genomiche ben definite, potrebbe essere legato ad un particolare assetto epigenetico che rimane stabile nel corso del differenziamento. In ultima analisi, questo potrebbe anche spiegare le difficoltà delle cellule staminali emopoietiche (HSCs) a transdifferenziare, cioè a dare origine a cellule di altri tessuti.
Quindi l’Unità I effettuerà esperimenti di biologia molecolare per interferire con i meccanismi epigenetici di repressione trascrizionale. In particolare HSCs umane saranno trattate con agenti in grado di inibire la metilazione del DNA, la deacetilazione degli istoni o mediante silenziamento, con oligonucleotidi siRNA, di geni Polycomb del >>>

Risultati parziali attesi

1. Lo studio dei meccanismi epigenetici che controllano la struttura cromatinica nelle cellule staminali emopoietiche, condurrà principalmente al conseguimento dei seguenti risultati:

1.1. Esperimenti di biologia molecolare per il condizionamento epigenetico saranno combinati all’analisi computazionale di mappe trascrizionali successiva a questi trattamenti. Questo approccio sperimentale consentirà di verificare se eventi epigenetici siano coinvolti nella regolazione posizionale dell’espressione genica. Infatti, sono state riportate varie evidenze di espressione coordinata in regioni genomiche fisicamente contigue. Inoltre, studi precedenti non sono stati in grado di chiarire i meccanismi molecolari che guidano la co-regolazione della trascrizione.

1.2. Inoltre, è rilevante che saranno esaminati diversi meccanismi che controllano lo stato epigenetico: tra cui le istone deacetilasi, DNA metiltransferasi e i geni Polycomb. Per ogni trattamento, saranno analizzati i profili di espressione genica mediante DNA microarray Affymetrix, fornendo così un ampio dataset di profili di espressione. Saremo quindi in grado di indagare il ruolo di ogni singolo meccanismo nella regolazione della trascrizione nelle HSCs, così come il loro ruolo nel determinare le proprietà biologiche delle HSCs. I dataset di microarray riguardanti cellule trattate e non trattate, a seguito della pubblicazione dei risultati, saranno condivisi con la comUnità scientifica >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il completamento del progetto genoma, e l’avanzamento delle tecnologie post-genomiche quali DNA microarrays e tecnologie “high throughput” per lo studio della proteomica, hanno fornito nuovi strumenti di ricerca indispensabili per la comprensione dei processi biologici complessi. Inoltre, l’integrazione delle nuove tecnologie e della bioinformatica ha consentito lo sviluppo di nuovi approcci per lo studio su larga scala dei sistemi biologici complessi, come trascrittomica e proteomica. L’accumulo di grandi moli di dati d’annotazione, strutturali e funzionali, relativi alle sequenze genomiche impone lo sviluppo di “framework” computazionali capaci non solo di analizzare l’espressione genica, ma anche di integrare ogni informazione genomica. L’integrazione di diversi tipi di dati genomici (sequenze geniche e promotoriali, livelli trascrizionali, caratteristiche funzionali) è un passaggio fondamentale nell’identificazione di “network” di interazioni molecolari che consentiranno di passare da ricerche genomiche ad accurate ipotesi biologiche. Studi recenti hanno mostrato che gruppi di geni fisicamente contigui sono caratterizzati da profili trascrizionali simili e coordinati (Caron et al., Science 2001; Versteeg et al., Genome Res, 2003). In particolare, il lavoro pionieristico di Caron e collaboratori (2001) ha dimostrato come la visione complessiva dei cromosomi riveli una più complessa organizzazione del genoma, in quanto vi è un forte raggruppamento di geni espressi ed in >>>