Dottoressa Manuela Cossotta
Biologa e biotecnologa, medical writer
Grazie ai metodi human-based importanti scoperte sulla microcefalia.
I ricercatori combinano tecnologie e metodi human-based innovative come gli organoidi con altre metodologie molecolari avanzate per identificare i geni che influenzano le dimensioni del cervello.
Paper: C. Esk et al., “A human tissue screen identifies a regulator of ER secretion as a brain-size determinant,” Science, 370:935–41, 2020.
Gli organoidi, cioè delle strutture multicellulari tridimensionali in grado di riprodurre l’architettura di organi e tessuti umani, possono essere considerati degli strumenti inestimabili per lo studio delle malattie umane ma è spesso è difficile lavorarci, specialmente quando si tratta di valutare più geni candidati che sono alla base di una particolare condizione. In otto anni di lavoro, Jürgen Knoblich e colleghi dell’Istituto di biotecnologia molecolare di Vienna hanno trovato un modo per aggirare questo problema. Il loro approccio combina gli organoidi cerebrali umani con altre due tecnologie: CRISPR-Cas9 una specie di “coltellino svizzero” per eliminare geni specifici ed una metodica molecolare (DNA barcoding) per tracciare le singole cellule e la loro progenie.
I ricercatori hanno recentemente utilizzato questo approccio, denominato CRISPR-LIneage tracing at Cellular resolution in Heterogeneous Tissue (CRISPR-LICHT), per un’analisi dei geni legati alla microcefalia, una condizione in cui la testa di un bambino è più piccola del previsto. Il team ha trovato 13 geni con ruoli evidenti nella crescita degli organi, più altri 12 che avrebbero influenzato il fenomeno solo più tardi durante lo sviluppo dell’organoide. Il fatto che questi 12 geni avessero effetti visibili solo una volta che le cellule avevano iniziato a differenziarsi e l’organoide aveva iniziato ad assumere la forma di un piccolo cervello suggerisce che questi geni hanno funzioni tessuto-specifiche, afferma Knoblich.
I ricercatori si sono concentrati su uno di quei 12 geni, un gene che produce una proteina coinvolta nell’impacchettamento di altre proteine per l’esportazione extracellulare. “Nessuno avrebbe mai pensato che questo gene avesse qualcosa a che fare con la microcefalia”, dice Knoblich. Il team ha dimostrato che gli organoidi mutanti per questo gene, chiamato IER3IP, sono anormalmente piccoli perché le loro cellule progenitrici neurali si differenziano in neuroni prima che gli organoidi si espandano adeguatamente. Il peptide codificato dal gene in questione sembra bloccare la differenziazione prematura promuovendo la secrezione di proteine che supportano l’integrità dei tessuti e la proliferazione del progenitore neurale.
“È un lavoro davvero eccitante e molto atteso per quelli di noi che lavorano su organoidi cerebrali e disturbi cerebrali”, afferma Yun Li, neuroscienziato dello sviluppo presso l’Hospital for Sick Children di Toronto che non è stato coinvolto nel lavoro ma ha collaborato con il gruppo di Knoblich diversi anni fa. La caratterizzazione della funzione del gene da parte del team è un lavoro eccellente, aggiunge Li. Knoblich afferma che il team ora prevede di incorporare tecnologie innovative di sequenziamento a singola cellula nel loro approccio e di indagare su altri disturbi. “In linea di principio, questo può essere applicato a qualsiasi malattia, qualsiasi tipo di cellula nel cervello e qualsiasi modello basato su organoidi”, dice. “È molto versatile.”
