Due lavori preliminari usciti su Nature dimostrano che Cas12a2 può essere usata per riconoscere le mutazioni cancerogene e distruggere in modo selettivo le cellule mutanti
Finora le terapie sperimentali basate su CRISPR hanno utilizzato la proteina Cas9 e le sue versioni avanzate con due strategie principali: bloccare il gene bersaglio con un taglio mirato o aggiustarlo correggendone le mutazioni. Ma la famiglia delle proteine Cas è numerosa e variegata, e annovera tra i suoi membri anche enzimi che una volta riconosciuto il bersaglio si attivano ad ampio raggio dentro alla cellula, riducendo in brandelli i cromosomi. Questa modalità di azione “tritatutto” si è evoluta nei batteri per contrastare il diffondersi delle infezioni virali, sacrificando le cellule infette. Ora però sta ispirando un filone di ricerca che punta a uccidere le cellule cancerose risparmiando quelle sane.
Le terapie oncologiche si basano perlopiù sull’uso di inibitori che bloccano l’azione delle proteine prodotte da geni troppo attivi. Ma esistono anche geni che sarebbe utile accendere, invece che spegnere, per combattere la proliferazione tumorale. Il primo della lista è quello che codifica per il soppressore tumorale p53 ed è considerato una specie di guardiano del genoma. Quando viene colpito da mutazioni, infatti, si può innescare una cascata di eventi molecolari che favorisce la crescita dei tumori. Nonostante la sua centralità sia nota alla comunità scientifica sin dalla fine degli anni ’80, questa scoperta non ha ancora portato allo sviluppo di terapie efficaci. Spesso le attività di “drug discovery” vengono paragonate alla ricerca di chiavi capaci di aprire le serrature che regolano determinati meccanismi biologici, ma la proteina p53 non sembra offrire siti di legame adatti per eventuali molecole terapeutiche secondo il meccanismo chiave-serratura. Visto che non riusciamo a riattivare le forme difettose di questo soppressore tumorale, possiamo almeno provare a eliminare le cellule in cui si trova in forma mutata? In futuro diventerà possibile farlo in modo selettivo e sicuro?
Un ricercatore dell’Innovative Genomics Institute, l’istituto fondato dalla co-inventrice di CRISPR Jennifer Doudna, ha voluto testare questa idea. Jingkun Zeng ha tratto ispirazione da un altro lavoro uscito dal Doudna Lab, in cui la versione standard di CRISPR era stata usata per eliminare le sequenze ripetute in un tipo di tumore cerebrale difficile da trattare (glioblastoma primario). Mentre la classica Cas9 riconosce una precisa sequenza di DNA e si limita a tagliare quella, la proteina Cas12a2 funziona diversamente. Quando riconosce in modo specifico una sequenza di RNA (il trascritto del DNA) questo enzima subisce un cambiamento di conformazione che accende la sua capacità di attaccare il DNA in modo indiscriminato, distruggendo le cellule che al loro interno presentano quello specifico RNA. Zeng e colleghi, dunque, hanno programmato questa bizzarra macchina molecolare per riconoscere l’RNA del soppressore tumorale mutato e hanno assistito alla demolizione del materiale genetico delle cellule portatrici della mutazione, mentre le altre rimanevano intatte.
L’esperimento ha funzionato in vitro, in colture cellulari contenenti sia cellule cancerose che sane, e anche in topi usati come modelli animali. Mentre la chemioterapia colpisce tutte le cellule del corpo in divisione attiva, con questo approccio basta una differenza di una singola lettera per prendere di mira soltanto le cellule tumorali e risparmiare le altre. Il gene della p53 non è l’unico bersaglio potenzialmente utile: il cosiddetto “shredding”(ovvero triturazione) del DNA potrebbe essere usato anche contro altre mutazioni cancerogene, tra cui quelle a carico dei geni MYC e EGFR, semplicemente cambiando la piccola molecola che serve a programmare l’enzima tritatutto (RNA guida). In teoria, la stessa logica potrebbe rivelarsi utile nei confronti di malattie di altro genere, ad esempio autoimmuni e neurologiche, purché abbiano un RNA riconoscibile.
Ovviamente vale la pena ricordare che la ricerca è soltanto ai primi passi e restano alcune limitazioni da superare. La Cas12a2 è una proteina piuttosto grossa, quindi bisognerà lavorare sulle modalità di trasporto verso le cellule target. Per il momento i ricercatori hanno utilizzato come vettori delle nanoparticelle lipidiche che non hanno una specificità intrinseca per i tumori. La speranza, comunque, è che essendo la Cas12a2 altamente selettiva nel riconoscimento del suo target, non ci sia bisogno di trovare dei vettori estremamente mirati. Un altro problema nasce dal fatto che l’efficienza dell’attacco al DNA dipende dall’abbondanza dell’RNA bersaglio che la innesca. Alcune cellule mutate, dunque, possono sfuggire alla distruzione, ragion per cui è possibile che il “DNA shredding” debba essere affiancato da altri approcci nella cornice di una terapia combinata.
Un’altra proteina mutante che è stata considerata a lungo “undruggable”, ovvero difficile da attaccare con i farmaci tradizionali, è quella codificata dall’oncogene KRAS. Ma anche in questo caso la Cas12a2 può essere attivata dal riconoscimento dell’RNA mutato, scatenando un processo di autodistruzione, come dimostra il secondo lavoro pubblicato su Nature, eseguito su cellule umane da un gruppo misto pubblico-privato. Se le promesse saranno confermate da ulteriori esperimenti, dunque, potremmo disporre di una sorta di “chemioterapia programmabile”, per usare la definizione di uno degli autori del paper, Yang Liu della University of Utah School of Medicine di Salt Lake City. L’azienda coinvolta nello studio è la tedesca Akribion Therapeutics, che sta già sperimentando una strategia simile per i tumori di testa e collo causati dal papillomavirus.
Come notano Mehran Takallo e Raymond H. J. Staals nel commento che accompagna l’uscita dei due lavori su Nature, la Cas12a2 potrebbe non essere l’unico sistema CRISPR utilizzabile per eliminare le cellule indesiderate (tra i candidati spiccano, in particolare, alcuni membri della famiglia Cas13). Lo stesso principio potrebbe essere applicato anche con altri scopi, oltre a quello strettamente terapeutico. Gli enzimi che triturano il DNA, infatti, potrebbero essere usati nell’ambito di esperimenti di editing classico, per sbarazzarsi delle cellule che sono sfuggite alla modificazione. Con gli stratagemmi giusti, insomma, anche l’attività “indiscriminata” di questi enzimi può servire a migliorare la precisione degli interventi genetici.
