Cercetătorii au realizat cele mai complexe modificări ale unor linii celulare umane de până acum

În structura genomului uman se pot produce variații structurale de tip deleție, duplicare, inversie sau translocație. Aceste alterări pot privi segmente mari de ADN, uneori cu sute sau mii de nucleotide, și sunt recunoscute ca posibile cauze în: boli de dezvoltare (care apar în copilărie), cancer (prin rearanjarea segmentelor de ADN) sau alte boli rare sau complexe. Totuși, investigarea efectelor acestor variații în genomul mamiferelor era limitată din cauza lipsei unei metode eficiente de inginerie genetică la scară largă. În ultimul deceniu, tehnici precum CRISPR au accelerat aceste eforturi, însă, de regulă, modificările aveau loc doar în puncte specifice ale genomului (ex. modificarea unor gene precise). Cercetătorii își doreau, însă, să producă simultan mii de rearanjări genomice pentru a studia reacția celulelor și a înțelege cât de drastic pot fi „remodelate” cromozomii fără a duce la moartea celulară.
O echipă internațională de cercetători de la Wellcome Sanger Institute, Imperial College London, Harvard University și colaboratori din alte centre a realizat cele mai complexe modificări ale unor linii celulare umane de până acum, cu scopul de a explora felul în care variațiile structurale din genom influențează sănătatea și apariția bolilor. Studiul a fost publicat în revista Science, iar concluziile sale sugerează că genomul uman este mult mai tolerant la schimbări genetice semnificative decât se credea anterior, atâta timp cât genele esențiale nu sunt afectate. Această descoperire deschide calea pentru studii mai ample privind rolul variațiilor structurale în boli, inclusiv în cancer și afecțiuni de dezvoltare.

Tehnici folosite:

• Editare CRISPR primară - O formă avansată de CRISPR ce permite editarea punctuală a secvențelor de ADN și introducerea unor „mânere” (situsuri de recunoaștere a recombinazei) în zone repetitive ale genomului.  
• Recombinază - Enzime care recunosc și taie secvențele inserate, permițând rearanjarea aleatorie (inclusiv deleții, inversii, translocații) la scară largă.  
• Analiză genomică de mare amploare - După inducerea rearanjărilor, cercetătorii au secvențiat în mod repetat genomul (și ARN-ul) liniilor celulare rezultate, pentru a evalua supraviețuirea și modificările expresiei genelor.

Principiul „amestecării” și obținerea mii de variații structurale

• Cercetătorii au pornit de la două linii celulare umane (ex. HEK293T, HAP1), cunoscute pentru versatilitatea lor în experimentele de inginerie genetică.  
• Au integrat până la 1.700 de secvențe de recunoaștere a recombinazei în zone repetate (LINE-1) din genom. Astfel, la expunerea la recombinază, fiecare celulă a dobândit, în medie, peste 100 de rearanjări genomice diferite (un adevărat „amestec” genetic).  
• Această abordare a permis generarea a mii de variante structurale într-un singur experiment, un lucru nemaiîntâlnit până acum în studiile mamiferelor.

Rezultate

Toleranța mai mare decât se credea

• Celulele în care genele esențiale nu au fost distruse au supraviețuit, chiar dacă aveau deleții mari (implicând, uneori, zeci sau sute de gene).  
• Grupurile de celule cu rearanjări ce afectau gene vitale au fost eliminate rapid din populație.

Rolul non-coding DNA

• Multe deleții au implicat regiuni necodante (care nu produc proteine), iar impactul asupra expresiei genelor a fost deseori limitat.  
• Aceste rezultate sugerează că o parte semnificativă a ADN-ului necodant ar putea fi „disponibilă” pentru ștergere, fără repercusiuni fatale, dar cercetătorii subliniază că acest aspect trebuie confirmat în viitoare experimente.

Efect redus asupra expresiei genelor vecine

• Chiar și inversiile sau translocațiile de segmente mari nu au alterat dramatic activitatea genelor apropiate, atâta timp cât nu s-a modificat numărul de copii ale genelor (prin deleție sau duplicare).

Implicații pentru boli

• Rezultatele confirmă că varianta structurală poate fi patogenă doar dacă perturbă regiuni critice, cum ar fi gene esențiale sau elemente de reglare importante.  
• Studiul ar putea ajuta la clasificarea variațiilor structurale observate în genomul uman (de exemplu, în cancer) drept benigne sau cu potențial patogen.

Concluzii

Concluzia centrală este că genomul uman se dovedește surprinzător de rezistent la rearanjări structurale majore, câtă vreme nu sunt afectate direct gene esențiale pentru funcționarea și supraviețuirea celulară. Această capacitate de adaptare, observată la scară largă în linii celulare, sugerează că multe regiuni necodante ar putea fi, în anumite condiții, disponibile pentru ștergere fără a compromite viabilitatea celulei.

Implicațiile practice și următorii pași

• Studii funcționale avansate: Cercetătorii pot acum testa ipoteze despre cum diverse mutații structurale influențează fenotipul (de exemplu, apariția cancerului sau rezistenței la medicamente).  
• Generarea de linii celulare personalizate: Folosind această strategie de „amestecare” genomică, se pot crea noi linii celulare cu proprietăți speciale (rezistență la anumiți compuși, productivitate crescută pentru bioinginerie etc.).  
• Delimitarea regiunilor esențiale: Această metodă facilitează cartografierea cu precizie a secvențelor critice pentru supraviețuire, ceea ce poate ajuta la diagnoză genetică și la înțelegerea bolilor severe.

În ansamblu, aceste studii reprezintă un salt tehnologic în domeniul ingineriei genomice, oferind posibilitatea de a explora sistematic, la o scară până acum inaccesibilă, efectele variațiilor structurale. Noua abordare deschide perspective pentru înțelegerea mai profundă a mutațiilor implicate în boli și pentru dezvoltarea de tratamente și aplicații biotehnologice care să profite de flexibilitatea genomică a celulelor umane.