(Malattie autoimmuni -Immagine: cellule T regolatorie nelle infezioni retrovirali. Credito: Kim Hasenkrug, Dave Dorward e Austin Athman, Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH. Wikimedia Commons).
Gli studi di associazione sull’intero genoma (GWAS) hanno scoperto centinaia di loci associati a malattie autoimmuni; tuttavia, le varianti genetiche causali all’interno di ciascun locus sono per lo più sconosciute.
Il nostro genoma contiene vaste reti che regolano l’attività dei geni codificanti le proteine. Le variazioni in questo DNA regolatorio (che non codifica per le proteine) possono influenzare sia quando che la quantità di una determinata proteina prodotta da una cellula. Le interruzioni nella regolazione possono avere un profondo impatto sulla funzione sana: infatti, la maggior parte delle varianti genomiche scoperte dagli studi di associazione sull’intero genoma (GWAS), che identificano le posizioni delle varianti all’interno del genoma associate alla suscettibilità alle malattie, si trovano in regioni non codificanti.
GWAS fornisce un buon punto di partenza per trovare associazioni genetiche con la malattia, ma può implicare dozzine o addirittura centinaia di varianti per ogni variante causale effettiva, quindi è essenziale dare loro la priorità. Un team di ricercatori del Jackson Laboratory (JAX), del Benaroya Research Institute e del Broad Institute del MIT e di Harvard, ha accoppiato due metodi ad alto rendimento per esaminare le varianti definite da GWAS associate a cinque malattie autoimmuni. Nella sperimentazione, i ricercatori sono stati in grado di concentrarsi sulle varianti non codificanti associate a malattie autoimmuni, una delle quali sembra svolgere un ruolo chiave nel tenere sotto controllo le cellule T del sistema immunitario. Le loro scoperte appaiono sulla rivista Nature Genetics.
Dall’associazione alle malattie all’interruzione funzionale
Il team di ricerca, guidato dal Professore associato Ryan Tewhey del JAX, dal membro assistente John Ray del Benaroya Research Institute e dal membro dell’istituto Nir Hacohen del Cell Circuits Program di Broad, ha utilizzato due metodi: test di reporter massivamente paralleli (MPRA) e studi sull’accessibilità della cromatina —per analizzare i dati GWAS da studi su diabete di tipo 1, artrite reumatoide, colite ulcerosa, morbo di Crohn e sclerosi multipla. MPRA testa le varianti per la loro capacità di influenzare l’espressione genica, mentre i dati sull’accessibilità della cromatina mostrano quali aree del genoma sono probabilmente accessibili al legame proteico e coinvolte nell’espressione genica.
“Sia MPRA che i dati sull’accessibilità della cromatina sono utili per restringere le varianti GWAS effettivamente associate alla malattia, ma da soli non forniscono una precisione sufficiente“, ha affermato Tewhey, che ha lavorato sugli approcci MPRA mentre era un borsista post-dottorato presso Broad. “Combinandoli, siamo stati in grado di arricchire la nostra selezione delle effettive varianti causali di quasi 60 volte e identificare singole varianti associate a più malattie autoimmuni“.
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Partendo da un elenco di circa 18.000 varianti, il team è stato in grado di individuarne 60 che probabilmente hanno una relazione causale con le malattie autoimmuni. Poiché una variante, nota come rs72928038, era associata a molteplici malattie autoimmuni, i ricercatori hanno deciso di esaminarla ulteriormente ingegnerizzandola in cellule T umane in vitro. Hanno scoperto che nelle cellule ingegnerizzate la variante riduceva l’espressione del gene BACH2, che regola la differenziazione delle cellule T in diverse sottoclassi con funzioni diverse.
Un notevole cambiamento nei topi
Poiché la regione genomica contenente rs72928038 è altamente conservata tra umani e topi, Tewhey, Ray, Hacohen e i loro colleghi, inclusi i co-primi autori dello studio Kousuke Mouri di JAX e Michael Guo di Broad, hanno quindi utilizzato un sistema modello murino per capire come la variante può influenzare la progressione della malattia. Hanno scoperto che l‘eliminazione di una piccola porzione del genoma contenente rs72928038 riduceva nuovamente l’espressione di BACH2 nei topi. Inoltre, la variante sembrava svolgere un ruolo importante nel sopprimere l’attivazione ingenua delle cellule T, impedendo alle cellule di attivarsi prima di essere dirette verso un patogeno specifico o un bersaglio non tissutale. Questa scoperta probabilmente spiega l’associazione della variante con malattie autoimmuni.
“Non molti modelli murini sono stati progettati per studiare varianti non codificanti associate alla malattia”, ha affermato Tewhey. “È rischioso, perché la dimensione dell’effetto può essere così piccola da non cambiare la fisiologia del topo. L’eliminazione che abbiamo effettuato per lo studio ha ridotto l’espressione del gene Bach2 solo di circa il 20 percento, ma fortunatamente ha prodotto un fenotipo rilevante per l’autoimmunità”, ha continuato Tewhey. “I risultati forniscono un buon punto di prova per espandere l’uso dei topi per studiare le varianti non codificanti associate alle malattie umane identificate da GWAS“.
Fonte: Nature Genetics
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