Malattie come il cancro e i disturbi neurodegenerativi spesso iniziano con errori genetici, ma trasformare questa conoscenza in trattamenti efficaci è stato storicamente come cercare di riparare un'auto quando hai identificato 300 parti difettose diverse, tutte che fanno cose differenti. Un nuovo studio pubblicato su *Nature* introduce una potenziale soluzione: una piattaforma chiamata PerturbFate, in grado di tracciare sistematicamente come i cambiamenti genetici legati alle malattie alterano le cellule e identificare dove tali cambiamenti alla fine convergono.

"Ci concentriamo qui sulla resistenza ai farmaci antitumorali, ma l'articolo parte in realtà da una domanda più ampia: una volta che sai che una malattia è associata a centinaia di geni, come si progetta una singola terapia per colpirla?" dice Junyue Cao, capo del Laboratorio di Genomica a Singola Cellula e Dinamiche di Popolazione. "Ci chiedevamo se tutti questi diversi geni potessero essere mediati da qualche segnale a valle condiviso che possiamo scoprire e colpire invece."

I progressi nel sequenziamento genetico hanno permesso agli scienziati di identificare un gran numero di mutazioni legate a malattie, ma questo progresso ha creato una nuova grande sfida: i geni coinvolti spesso svolgono lavori molto diversi all'interno delle cellule, tra cui il controllo dell'attività genica e la gestione delle vie di segnalazione cellulare. A causa di questa complessità, progettare trattamenti che affrontino molte mutazioni contemporaneamente è stato difficile. Cao sospettava che queste mutazioni apparentemente non correlate potessero in realtà non agire in modo indipendente - potrebbero confluire in programmi a valle condivisi che determinano in ultima analisi come si comportano le cellule. Se fosse vero, gli scienziati non avrebbero bisogno di colpire ogni mutazione separatamente; potrebbero concentrarsi su nodi regolatori comuni che controllano il processo patologico.

Per testarlo, il team aveva bisogno di un sistema in grado di confrontare molte perturbazioni genetiche contemporaneamente monitorando come ciascuna rimodellava una cellula in dettaglio. Le tecnologie esistenti potevano catturare solo una parte del quadro, spesso misurando uno strato di attività cellulare alla volta o perdendo come l'attività genica cambia dinamicamente nel tempo. Lo studente laureato Zihan Xu ha sviluppato PerturbFate per superare queste limitazioni, consentendo ai ricercatori di osservare come diverse perturbazioni genetiche alterano le cellule in tempo reale tracciando simultaneamente l'accessibilità del DNA e la produzione di RNA. Poiché queste misurazioni vengono raccolte all'interno della stessa singola cellula, il sistema può rivelare le reti geniche che controllano il comportamento cellulare e identificare dove mutazioni distinte producono gli stessi effetti a valle.

Per testare la piattaforma, i ricercatori si sono rivolti al melanoma, dove molte mutazioni diverse possono produrre resistenza al trattamento. Il team ha selezionato 143 geni precedentemente associati alla resistenza al farmaco per melanoma Vemurafenib e li ha sistematicamente disattivati nelle cellule di melanoma. PerturbFate ha quindi monitorato come ogni perturbazione cambiava il comportamento cellulare nel tempo. Etichettando l'RNA appena prodotto, i ricercatori hanno potuto separare l'attività genica fresca dai segnali molecolari più vecchi. La profilazione a singola cellula ha anche permesso loro di tracciare quali geni erano attivi, quali regioni del DNA diventavano accessibili e come questi cambiamenti evolvevano.

Dopo aver esaminato più di 300.000 cellule, i ricercatori hanno scoperto che molte mutazioni diverse spingevano costantemente le cellule di melanoma nella stessa condizione di resistenza ai farmaci. Quando il team ha preso di mira i punti di controllo regolatori condivisi che guidano quello stato, la resistenza ai farmaci è diminuita significativamente, suggerendo una strategia promettente per le terapie combinate. Lo studio ha anche scoperto un dettaglio importante che coinvolge il Complesso Mediatore, una struttura cellulare che aiuta a regolare l'attività genica. I ricercatori hanno scoperto che perturbare diverse parti di questo stesso complesso poteva innescare la resistenza ai farmaci attraverso vie biologiche completamente diverse, ma quelle vie convergevano comunque sullo stesso segnale di sopravvivenza del melanoma noto come VEGFC. Quando i ricercatori hanno bloccato VEGFC, le cellule di melanoma resistenti non erano più in grado di crescere.

"Stiamo catturando non solo l'espressione genica, ma anche la dinamica dell'RNA e lo stato della cromatina," dice Cao. "T