1. Esplora: Dai geni alla complessità

Che cos'è il Progetto ENCODE?

Il Progetto Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) è stato lanciato nel 2003 dal National Human Genome Research Institute (NHGRI). Il suo obiettivo principale è identificare e caratterizzare tutti gli elementi funzionali nel genoma umano, inclusi quelli che non codificano per proteine (ENCODE Project Consortium, 2004).

Per raggiungere questo obiettivo, il Progetto ENCODE utilizza un'ampia gamma di metodi sperimentali e computazionali. Questi includono l'immunoprecipitazione della cromatina seguita dal sequenziamento (ChIP-seq), il sequenziamento dell'RNA (RNA-seq) e il sequenziamento dei siti ipersensibili alla DNasi I (DNase-seq). Queste tecnologie permettono agli scienziati di studiare l'espressione genica, il legame dei fattori di trascrizione e l'accessibilità della cromatina in molti diversi tipi di cellule umane (Landt et al., 2012; Djebali et al., 2012).

Il progetto è iniziato con una fase pilota che si è concentrata su circa l'1% del genoma umano. Questa fase è stata progettata per testare i metodi sperimentali e le strategie di analisi dei dati. Dopo il suo successo, il progetto si è ampliato fino a coprire l'intero genoma. Il Consorzio ENCODE ha generato migliaia di set di dati che descrivono geni, trascritti, struttura della cromatina, siti di legame dei fattori di trascrizione e altre caratteristiche regolatorie.

Una delle scoperte più importanti del Progetto ENCODE è che una grande parte del genoma umano viene trascritta in RNA, anche se solo una piccola frazione codifica per proteine. I ricercatori hanno identificato migliaia di regioni regolatorie, inclusi promotori, enhancer e isolatori. Questi elementi influenzano l'espressione genica in modo specifico per tipo cellulare e sono strettamente collegati alla struttura della cromatina e alle modifiche degli istoni (Gerstein et al., 2012; Kundaje et al., 2012).

Il Progetto ENCODE ha anche evidenziato l'importanza degli RNA non codificanti. Sono stati identificati migliaia di lunghi RNA non codificanti, molti dei quali sembrano avere funzioni regolatorie. Questi RNA sono spesso espressi in tessuti specifici e svolgono ruoli nella regolazione trascrizionale, nel rimodellamento della cromatina e nell'elaborazione dell'RNA (Djebali et al., 2012).

Inoltre, le ricerche di ENCODE hanno dimostrato che molte varianti genetiche associate a malattie umane si trovano in regioni regolatorie non codificanti piuttosto che all'interno dei geni codificanti per proteine. Integrando i dati di ENCODE con gli studi di associazione sull'intero genoma (GWAS), gli scienziati sono stati in grado di annotare funzionalmente molte varianti associate alle malattie (Schaub et al., 2012; Boyle et al., 2012). Questa scoperta ha migliorato significativamente la nostra comprensione di come i cambiamenti nella regolazione genica contribuiscano alla salute e alla malattia umana.