Malattie rare, da Torino un nuovo metodo per rendere più completa la diagnosi genetica

Una nuova tecnologia di sequenziamento del DNA potrebbe aprire prospettive importanti per la diagnosi delle malattie genetiche rare. Uno studio pilota coordinato dall’Università di Torino, dalla Città della Salute e della Scienza di Torino e dall’Università di Verona ha dimostrato la possibilità di raccogliere, attraverso un solo esperimento, informazioni che oggi richiedono diversi esami.

La ricerca, che è stata inserita nella pubblicazione Scientific Reports, si è concentrata sulle malattie da imprinting, un gruppo di condizioni legate ad alterazioni genetiche ed epigenetiche particolarmente complesse da individuare.

Un solo sequenziamento per riunire analisi differenti

La sperimentazione ha riguardati tre pazienti con spettro di Beckwith-Wiedemann, considerato la più frequente tra le malattie da imprinting. In tutti i casi analizzati, il nuovo metodo ha riconosciuto correttamente l’alterazione genetica o epigenetica già individuata attraverso le procedure diagnostiche tradizionali.

L’elemento più interessante riguarda la capacità della tecnologia di riunire in una sola analisi diversi tipi di informazioni. Attualmente, per studiare queste condizioni, può essere necessario combinare test della metilazione, sequenziamenti mirati e analisi delle variazioni nel numero di copie del DNA.

La nuova procedura consente invece di osservare contemporaneamente la sequenza genetica, la metilazione, le eventuali variazioni nel numero di copie e l’origine materna o paterna delle varianti. Si tratta quindi di un approccio capace di offrire una visione più ampia del genoma attraverso un unico esperimento.

Il ruolo della metilazione nelle malattie da imprinting

Per comprendere il valore dello studio bisogna considerare il ruolo dell’epigenetica. Il DNA viene comunemente rappresentato attraverso quattro basi, indicate con le lettere A, C, G e T. Alla citosina può però aggiungersi una modifica chimica chiamata metilazione, che contribuisce a regolare l’attività dei geni.

Questo meccanismo assume una particolare importanza nell’imprinting genomico. Per alcuni geni, infatti, l’organismo mantiene attiva soltanto la copia ricevuta dalla madre oppure quella ricevuta dal padre, mentre l’altra viene silenziata. Quando questo equilibrio si modifica possono svilupparsi specifiche malattie genetiche.

Lo spettro di Beckwith-Wiedemann può essere associato a una crescita corporea eccessiva, alla macroglossia e a un rischio più elevato di sviluppare tumori durante l’infanzia. La diagnosi può diventare ancora più complessa in presenza di mosaicismo, cioè quando l’alterazione interessa soltanto una parte delle cellule dell’organismo.

Proprio questa distribuzione non uniforme può rendere l’anomalia più difficile da riconoscere. Una tecnologia capace di analizzare contemporaneamente più caratteristiche del DNA può quindi offrire informazioni particolarmente utili nello studio di queste condizioni.

Come funziona il sequenziamento long-read

La ricerca ha utilizzato tecnologie di terza generazione sviluppate da Oxford Nanopore Technologies. Il cosiddetto sequenziamento long-read permette di leggere migliaia di lettere consecutive del DNA, mentre le tecniche più diffuse lavorano generalmente su frammenti più brevi.

Durante l’analisi, la molecola del DNA attraversa un poro di dimensioni estremamente ridotte. Il sistema registra il segnale generato durante il passaggio e lo utilizza per ricostruire la sequenza genetica. La maggiore lunghezza dei frammenti letti aiuta a ottenere una rappresentazione più completa delle regioni esaminate.

Un altro aspetto rilevante riguarda la possibilità di rilevare direttamente la metilazione. Le procedure tradizionali possono richiedere un trattamento chimico del campione, mentre la tecnologia a nanopori permette di osservare le modificazioni epigenetiche insieme alla sequenza del DNA.

I ricercatori hanno confrontato tre configurazioni. La prima prevedeva l’adaptive sampling su un sequenziatore portatile MinION, la seconda utilizzava la stessa tecnica su una piattaforma PromethION P2 ad alta capacità, mentre la terza era basata sul sequenziamento dell’intero genoma attraverso la medesima piattaforma.

I risultati dello studio e le prospettive future

La configurazione più performante ha raggiunto una copertura media di 169 volte nelle regioni di interesse. Il sistema ha riconosciuto tutte le alterazioni già note nei tre soggetti, comprese due situazioni di disomia uniparentale paterna in mosaico e un caso di perdita di metilazione nella regione di controllo IC2.

Le analisi successive hanno indicato anche la possibilità di ridurre di oltre la metà la quantità di sequenziamento necessaria, mantenendo l’accuratezza diagnostica osservata nello studio. Questo risultato potrebbe contribuire, in prospettiva, a contenere i costi della procedura.

Indicazioni interessanti sono arrivate anche dal MinION. Nonostante le dimensioni compatte, il dispositivo ha raggiunto una copertura superiore alla soglia indicata per la diagnostica genetica, mostrando possibili applicazioni anche nei laboratori dotati di risorse più limitate.

La ricerca rappresenta comunque una fase iniziale, poiché ha coinvolto soltanto tre pazienti. Saranno quindi necessari studi su gruppi più numerosi e confronti sistematici con gli esami attualmente impiegati. I risultati ottenuti tra Torino e Verona mostrano però come il sequenziamento di terza generazione possa diventare uno strumento capace di rendere la diagnosi delle malattie genetiche rare più rapida, completa e personalizzata.