La biologia è avvolta nei lipidi:grassi, oli, e anche le cere avvolgono le cellule e i loro organelli, mediare il flusso di vaste reti di informazioni biologiche, proteggere i tessuti fragili, e immagazzinare energia essenziale attraverso più organismi.
Ma nonostante la loro importanza, i lipidi sono stati tradizionalmente tra le biomolecole più difficili da studiare a causa della diversità delle loro strutture molecolari, che non sono determinati dai mattoni ben definiti e dalle semplici regole che governano il DNA, RNA, e proteine. E questa diversità significa che, a differenza della creazione e dell'analisi di database di genomi e trascrittomi, i lipidi richiedono procedure analitiche più personalizzate.
A causa di ciò, è molto difficile studiare o la funzione fisiologica della stragrande maggioranza delle specie lipidiche o il modo in cui sono regolate in modo così preciso nelle cellule. Ma mentre le tecnologie della lipidomica stanno progredendo, tradurre le loro scoperte in applicazioni mediche e introdurle nei laboratori clinici è ancora una sfida considerevole.
Questa è la sfida che il team di Johan Auwerx all'EPFL, in collaborazione con il gruppo di Dave Pagliarini presso l'Università del Wisconsin-Madison ha assunto la misurazione di quasi 150 specie lipidiche nel sangue e nel fegato dei topi. Hanno anche seguito questo identificando i regolatori genetici di ciascuna specie lipidica e le loro funzioni fisiologiche.
I ricercatori hanno utilizzato approcci di genetica dei sistemi per combinare i dati lipidomici con altri set di dati "omici" (fenomica, proteomica, trascrittomica) da questa popolazione di topi (la cosiddetta BXD). L'approccio ha identificato specie di lipidi plasmatici e ematici di diverse classi lipidiche come firme di stati metabolici sani o malsani.
Per esempio, gli scienziati hanno dimostrato sette specie di trigliceridi plasmatici come segni di un fegato sano o grasso e della steatosi epatica non alcolica (NAFLD). La loro osservazione è stata convalidata in un modello dietetico e terapeutico indipendente di NAFLD nei topi e nel plasma di pazienti con NAFLD.
"Questa scoperta alimenta l'ottimismo sul fatto che le specie lipidiche potrebbero fungere da firme o biomarcatori che sostituiranno le biopsie tissutali invasive attualmente utilizzate per diagnosticare malattie come la NAFLD, semplicemente misurando specifiche specie lipidiche nel sangue, "dice Johan Auwerx.
In un articolo pubblicato contemporaneamente, gli autori identificano come firme di fegato sano o grasso un sottoinsieme dei lipidi della cardiolipina, che sono i fosfolipidi essenziali nella membrana interna dei mitocondri.
In entrambi i giornali, i ricercatori individuano diverse posizioni genetiche che possono regolare la produzione di specie lipidiche. Confrontando i dati genetici della popolazione di topi BXD con i dati dei cosiddetti studi di associazione sull'intero genoma dei disturbi legati ai lipidi nell'uomo, sono stati in grado di identificare geni comuni tra topi e umani che regolano i lipidi.
"Analizzare i lipidi e trovare il loro ruolo fisiologico potrebbe non essere mai così semplice come studiare gli acidi nucleici o le proteine, " dice Auwerx. "Ma questi studi complementari forniscono una base per comprendere la regolazione genetica e il significato fisiologico delle specie lipidiche, dimostrando ancora una volta il potenziale dell'estrazione di Big Data per affrontare questioni biologiche e cliniche".
