È stato dimostrato il potenziale correttivo del base editing nel modificare il gene SMN2 in modelli cellulari e murini. Una ricerca in fase ancora iniziale ma dalle prospettive incoraggianti
In Europa le terapie innovative approvate per l’atrofia muscolare spinale sono tre: una terapia avanzata, la terapia genica onasemnogene abeparvovec (Zolgensma), e due terapie che agiscono sull’RNA , nusinersen (Spinraza) e risdiplam (Evrysdi). Sebbene rappresentino un enorme traguardo, ci sono alcuni limiti e, nel caso della terapia genica, sono ancora in valutazione efficacia e sicurezza a lungo termine. Per questo motivo la ricerca non si è fermata e gli scienziati del Broad Institute of Harvard and MIT (Stati Uniti) - guidati da David R. Liu, uno dei pionieri del mondo CRISPR e delle sua varianti - hanno provato a dimostrare il potenziale del base editing per modificare il DNA e ripristinare la funzione motoria persa con l’avanzare della malattia. A fine marzo il lavoro è stato pubblicato su Science.
L'atrofia muscolare spinale (SMA) è una malattia neurodegenerativa che colpisce i motoneuroni ed è la principale causa genetica di mortalità infantile (1 caso su 10.000 nascite – Fonte: Famiglie SMA). La progressiva paralisi della muscolatura scheletrica che la caratterizza è dovuta alla perdita o alla mutazione del gene SMN1 che codifica il Survival Motor Neuron (SMN), essenziale per la sopravvivenza e il normale funzionamento dei motoneuroni. I pazienti affetti da SMA hanno un numero variabile di copie di un secondo gene: SMN2, che differisce dal gene SMN1 per una sola lettera del codice genetico (che però è determinante in quanto provoca la perdita dell'esone 7 nei trascritti di RNA messaggero). Questo produce una forma accorciata della proteina SMN con una funzionalità ridotta rispetto alla proteina completa (quella codificata dal gene SMN1 sano) ma che in qualche modo può compensare la mutazione del gene SMN1. Il numero di copie del gene SMN2, e quindi la parziale funzionalità della proteina SMN, è alla base della grande variabilità della patologia, con forme più o meno gravi e un ventaglio sintomatico molto ampio. La SMA di tipo 1 è la forma più grave e prevalente della malattia, colpisce circa il 60% di tutti i pazienti e ha un esordio prima dei sei mesi di vita.
Considerati i limiti delle terapie su RNA - il loro effetto è transitorio e può essere complessa la somministrazione – e della terapia genica, l’idea dei ricercatori è stata quella di trovare un modo per ripristinare normali livelli di proteina SMN, mantenendo i naturali meccanismi di regolazione. Ripristinare l’espressione della proteina SMN grazie al base editing su SMN2 (indipendentemente dalla mutazione che colpisce SMN1) potrebbe aggirare i limiti delle attuali opzioni terapeutiche, offrendo una soluzione a lungo termine. Ma come funziona il base editing?
Un editor di basi è formato da una variante di Cas9, chiamata nickasi, appaiata a una deaminasi. Quando l’RNA guida trasporta il complesso verso il sito bersaglio, i base editor possono effettuare sostituzioni delle singole basi. I cosiddetti ABE (adenina base editor) convertono l’adenina in guanina, mentre i CBE (citosina base editor) trasformano la citosina in timina. A differenza del metodo classico, il sistema agisce su un filamento solo e l’altro viene modificato – e “aggiustato” – dai naturali meccanismi della cellula: in questo caso le possibilità di indurre una rottura della doppia elica sono remote. L’editing della base C6T dell’esone 7 di SMN2, in poche parole, converte SMN2 in SMN1.
I ricercatori del Broad Institute hanno valutato decine di nucleasi Cas9 e diverse strategie di base editing per modificare varie sequenze regolatorie in SMN2 e ripristinare i livelli di SMN. Molti di questi approcci hanno aumentato efficacemente i livelli di SMN. Aggirare il difetto che porta alla produzione di una proteina tronca ha permesso di aumentare fino a sette volte i livelli di proteina SMN prodotta in laboratorio su cellule. Dopo i risultati positivi in vitro, il passaggio alla sperimentazione su modello murino è stato inevitabile. Tramite l’utilizzo di un virus adeno-associato, l’editor di basi è stato veicolato in modo efficiente nel 43% dei motoneuroni spinali e SMN2 è stato modificato nell'87% delle cellule. La durata della vita dei topi SMA è stata prolungata da una media di 17 giorni a 23 giorni. Il passo successivo è stato quello di somministrare una singola dose ridotta di nusinersen insieme all'AAV per estendere la finestra terapeutica per la correzione genica nei topi SMA. Questa combinazione ha salvato la funzione motoria e prolungato la durata media della vita a 111 giorni, rispetto ai 28 giorni dei topi non trattati.
Un altro recente studio, condiviso su bioRxiv prima della revisione e pubblicazione su riviste scientifiche, ha descritto un approccio simile. Un gruppo di ricerca del Center for Genomic Medicine del Massachusetts General Hospital è arrivato alle stesse conclusioni: testando una serie di diversi editor di basi e di RNA guida, sono arrivati a rilevare fino al 99% di cellule editate nel caso di fibroblasti derivati da pazienti SMA. Anche in questo caso è stato usato un editor di basi che agisce sull’adenina, trasformando un appaiamento A-T in G-C. Questo dovrebbe evitare il salto dell’esone e migliorare la produzione di una SMN normale e non più tronca.
È importante sottolineare che si tratta di un filone di ricerca che è ancora nelle sue fasi iniziali per quel che riguarda la SMA. La tecnica del base editing, infatti, è molto efficiente quando si tratta di distruggere un gene, come nel caso di quello che controlla la produzione della globina o di quello della transtiretina, ma non lo è quando occorre correggere con precisione una sequenza. Inoltre, sono poche le informazioni sulla sicurezza. Le prospettive sono incoraggianti e il base editing potrebbe portare grandi vantaggi, ma è ancora presto per dire se e quando arriveranno in sperimentazione clinica.
