Le tecniche attualmente utilizzate per lo studio dei genomi consentono di analizzare non solo la sequenza, ma anche la struttura tridimensionale del DNA all'interno del nucleo.
La ricostruzione dell'architettura tridimensionale del genoma, che richiede l'utilizzo di software scientifici e di algoritmi sofisticati e potenti, è fondamentale per la salute umana.

Un gruppo coordinato da Unimore - Università di Modena e Reggio Emilia e dall'Istituto FIRC di Oncologia Molecolare ( IFOM ) di Milano ha analizzato e confrontato i diversi metodi matematici per ricostruire al computer la forma 3D del genoma.
I risultati pubblicati sulla rivista Nature Methods hanno dimostrato la potenza di combinare strumenti computazionali e tecniche genomiche per svelare con sempre maggior dettaglio la struttura del DNA all'interno delle cellule.

La disposizione spaziale del DNA all'interno delle cellule è molto complessa, e rende particolarmente difficile la sua osservazione.
Organizzato nella struttura della cromatina, il DNA è infatti avvolto attorno a una serie di proteine e ripiegato all'interno del nucleo così da poter essere contenuto in uno spazio 200.000 volte più piccolo della sua lunghezza totale.
Questo ripiegamento fa sì che regioni molto lontane tra loro nella sequenza lineare dei cromosomi siano in realtà prossime o addirittura a contatto nella struttura tridimensionale.
L'organizzazione del DNA all'interno del nucleo non è statica, ma varia e le modificazioni strutturali contribuiscono, in maniera rilevante, a determinare il destino delle cellule, la loro funzione, il loro sviluppo ed eventuali alterazioni patologiche che possono per esempio dare origine a tumori.
Determinare la struttura 3D del DNA permette quindi di comprendere, fin nel minimo dettaglio, l'utilizzo del genoma, di identificare le modificazioni conformazionali che trasformano le cellule e, in ultima analisi, potrebbe contribuire a sviluppare strategie più precise ed efficaci per correggere i loro comportamenti aberranti.

Le moderne tecniche di sequenziamento applicate allo studio dell'organizzazione del DNA all'interno del nucleo consentono di ottenere la mappatura completa di tutte quelle regioni, appartenenti allo stesso cromosoma o a cromosomi diversi, che nella struttura 3D sono prossimi e in contatto tra di loro.
La tecnica più sofisticata attualmente disponibile per determinare una fotografia completa delle centinaia di milioni di contatti tra frammenti diversi di DNA all'interno del nucleo è chiamata Hi-C e richiede l'applicazione di algoritmi sofisticati e strumenti computazionali molto potenti per gestire, analizzare e interpretare l'enorme mole di dati genomici ottenuti.
Lo sviluppo dell'Hi-C ha rappresentato pertanto un traguardo fondamentale per disegnare la mappa tridimensionale del genoma, ma ha anche creato un nuovo problema da risolvere: come sviluppare, ottimizzare e armonizzare i diversi metodi computazionali per l'analisi dei dati.

Dallo sforzo congiunto di bioinformatici, biologi, biotecnologi e ingegneri è nato quello che, a oggi, è la prima analisi esaustiva dei più complessi strumenti informatici per l'identificazione sistematica della struttura tridimensionale del DNA a partire dai dati di conformazione della cromatina.

Fonte: Center for Genome Research, University of Modena and Reggio Emilia, Modena, 2017

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