Come informa un documento pubblicato il 21 gennaio 2021 su Science, il laboratorio di Weissman, in collaborazione con Nir Yosef, un informatico dell’Università della California a Berkeley, e Trever Bivona, un biologo del cancro presso l’Università della California a San Francisco, tratta cellule cancerose, con conseguente mappatura di albero genealogico estremamente dettagliato.

Esaminando i rami, gli esperti possono dunque tracciare il lignaggio della cellula per scoprire quando una singola cellula tumorale è diventata maligna, diffondendo la sua progenie al resto del corpo.

Jonathan Weissman ha specificato: “Con questo metodo, puoi porre domande come: ‘Con quale frequenza questo tumore metastatizza? Da dove vengono le metastasi? Dove vanno? ‘”

e poi ancora: “Potendo seguire la storia del tumore in tempo reale, si rivelano differenze nella biologia del tumore che sarebbero state altrimenti invisibili”.

Il lavoro degli scienziati

Gli scienziati hanno monitorato i lignaggi delle cellule tumorali in passato confrontando mutazioni condivise e altre variazioni nei loro modelli di DNA . Questi metodi, tuttavia, dipendono in una certa misura dal fatto che ci siano abbastanza mutazioni naturali o altri marcatori per mostrare accuratamente le relazioni tra le cellule. 

È qui che Jonathan Weissman e i primi autori Jeffrey Quinn, che vanta un postdottorato nel laboratorio di Weissman, e Matthew Jones, altro pupillo di Weissman, hanno visto l’opportunità di utilizzare la tecnologia genetica CRISPR, in particolare, un metodo sviluppato da Michelle Chan, membro del Weissman Lab, per monitorare lo sviluppo dell’embrione semplificando il monitoraggio.

Invece di sperare semplicemente che un lignaggio del cancro contenesse abbastanza marcatori specifici del lignaggio da tracciare, i ricercatori hanno deciso di utilizzare il metodo di Michelle Chan per aggiungere i marcatori stessi.

Jonathan Weissman ha spiegato: “Fondamentalmente, l’idea è di progettare una cellula che abbia un blocco per appunti genomico di DNA, che poi può essere ‘scritto’ utilizzando il metodo CRISPR”.

Questa “scrittura” nel genoma viene eseguita in modo tale che diventi ereditabile, il che significa che il progenitore di una cellula avrebbe la “scrittura” delle sue cellule madri e delle cellule dei progenitori registrata nel suo genoma.

Cellule tumorali “ingegnerizzate”

Per creare queste speciali cellule “scratchpad”, Jonathan Weissman ha ingegnerizzato cellule tumorali umane con geni aggiunti: uno per la proteina batterica Cas9 – le famose “forbici molecolari” utilizzate nei metodi di modifica del genoma CRISPR – altri per proteine ​​luminose per microscopia e alcune sequenze che servirebbe come obiettivi per la tecnologia CRISPR.

Hanno quindi impiantato migliaia di cellule tumorali umane modificate nei topi, imitando un tumore ai polmoni (un modello sviluppato dal collaboratore Bivona). I topi con tumori polmonari umani spesso mostrano metastasi aggressive, quindi i ricercatori hanno pensato che avrebbero fornito un buon modello per monitorare la progressione del cancro in tempo reale.

Quando le cellule hanno iniziato a dividersi, Cas9 ha effettuato piccoli tagli in questi siti target. Quando la cellula ha riparato i tagli, ha inserito o eliminato alcuni nucleotidi casuali, portando a una sequenza di riparazione unica chiamata “indel”.

Questo taglio e riparazione sono avvenuti casualmente in quasi ogni generazione, creando una mappa delle divisioni cellulari che Jonathan Weissman e il team hanno potuto tracciare utilizzando speciali modelli di computer che hanno creato lavorando con Yosef, uno scienziato informatico.