Il genoma ‘mobile’ nell’evoluzione umana

Gran parte del genoma umano (~66-69%) è costituita da elementi ripetitivi, la maggioranza dei quali sono trasposoni (~46%). I trasposoni sono elementi mobili in grado di spostare la loro posizione o produrre copie di loro stessi attraverso meccanismi di copia/incolla o taglia/incolla. Per lungo tempo gli elementi trasponibili sono stati considerati come “parassiti” genomici o “DNA spazzatura”. Studi recenti hanno invece dimostrato che i trasposoni hanno avuto ruoli chiave nell’evoluzione di innovazioni come la placenta nei Mammiferi e il sistema immunitario acquisito nei Vertebrati. Nella nostra specie, prendono parte ad importanti processi quali l’embriogenesi e la neurogenesi.

L’obiettivo delle nostre ricerche è di esplorare e capire il ruolo degli elementi trasponibili nella recente evoluzione del genere Homo, così come le loro implicazioni funzionali e biomediche.

Il nostro gruppo si sta occupando delle seguenti tematiche:

1) Confronti con genomi antichi e di scimpanzè/bonobo. Allo scopo di valutare l’impatto che gli elementi trasponibili hanno avuto nell’evoluzione recente della nostra specie, confrontiamo i nostri pattern di inserzione con quelli di ominini estinti (Denisova, Neanderthali) e dei nostri parenti più stretti (bonobo, scimpanzé). In questo modo identifichiamo e caratterizziamo inserzioni specie-specifiche. Da un punto di vista metodologico, stiamo sviluppando strumenti bio-informatici per l’identificazione di inserzioni nei genomi antichi.
2) Variabilità delle inserzioni in genomi moderni. Gli elementi trasponibili, essendo caratterizzati da polimorfismi di presenza/assenza, sono uno strumento ideale per la ricerca filogenetica. Di conseguenza, l’identificazione dei pattern di variabilità nelle popolazioni umane moderne è un mezzo efficace per ricostruire la nostra storia genomica recente e per identificare potenziali eventi di selezione associati ad inserzioni.
3) Sequenziamento mediante reads lunghe. Le moderne tecniche di Next-Generation Sequencing (NGS) producono sequenze di breve lunghezza. Questo fatto rende l’identificazione di elementi trasponibili un compito piuttosto difficile. Inoltre, dato che le sequenze NGS sono di solito allineate sul genoma di riferimento, eventuali variazioni strutturali non possono essere osservate. Per queste ragioni, stiamo conducendo esperimenti con nuove tecniche di sequenziamento (Oxford Nanopore) che producono sequenze molto più lunghe (circa 10.000bp), con l’obiettivo di individuare un primo repertorio di varianti genomiche strutturali.

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Molecular Anthropology Lab