Cromosomi

Il protocollo sperimentale, disegnato da ricercatori italiani, ha l’obiettivo di trattare patologie causate da anomalie cromosomiche

Al giorno d’oggi, grazie ai computer, correggere un documento senza trasformarlo in un campo minato di cancellature e sovrascrizioni è facile ma chi abbia lavorato a un testo con una vecchia macchina da scrivere sa bene cosa significhi commettere uno o più errori di battitura. L’editing genomico - che molti considerano il correttore di bozze del DNA - grazie a tecniche come CRISPR/Cas9 permette di correggere diversi tipi di mutazioni, tra cui le puntiformi (sostituzioni, inserzioni o selezioni di nucleotidi), e i diversi protocolli di terapia genica si stanno rivelando vincenti contro diverse malattie genetiche. Ma quando gli errori non riguardano un gene in particolare ma un cromosoma come ci si comporta?

Un gruppo di ricercatori dell’Istituto di Ricerca Genetica e Bomedica (CNR-IRGB) e dell’IRCCS Humantas di Milano si è focalizzato sulla possibilità di trapiantare un intero cromosoma e ha descritto la propria ricerca sulle pagine della rivista Stem Cells. Vediamo di capire meglio di che si tratta. Le mutazioni puntiformi sono così denominate perché prevedono la sostituzione di piccoli frammenti (in genere una o pochi nucleotidi) del DNA ma esistono mutazioni che coinvolgono interi cromosomi o parti molto ampie di essi. In questo caso CRISPR o la terapia genica possono fare poco per correggere un danno troppo esteso. Perciò l’idea è di eliminare l’intero cromosoma “difettoso” e rimpiazzarlo con uno sano. Un po’ come prendere un nuovo foglio, infilarlo nel rullo della macchina da scrivere e ricopiare l’intero testo senza i tanti errori in esso contenuti.

In linea teorica questo approccio potrebbe essere rivolto a qualsiasi alterazione genetica ma il problema di rimpiazzare un cromosoma si accompagna anche a quello dell’eliminazione della controparte difettosa. Una difficoltà non di poco conto che ha fatto da zavorra a questo innovativo campo di ricerca che potremmo chiamare “terapia genomica”: la terapia genica è rivolta ai geni, quella genomica ai cromosomi e potrebbe permettere di risolvere problematiche catalogate come aneuploidie, selezioni terminali o interstiziali, inversioni e traslocazioni. Le patologie causate da queste mutazioni cromosomiche non possono trovare, infatti, soluzione solamente nella terapia genica. “Questo nuovo metodo si basa sull’idea di trapiantare un intero cromosoma nelle cellule che presentano il difetto genetico” - spiega la prof.ssa Marianna Paulis del CNR-IRGB - “Il principio è che sostituendo l’intero cromosoma si eliminano numerose alterazioni genomiche attualmente incurabili. Per trapianto cromosomico si intende proprio la sostituzione del cromosoma alterato con quello di un donatore sano: in tal modo il genoma della cellula torna perfettamente normale”.

A suggerire che questo approccio fosse possibile sono stati i risultati di un primo studio nel quale è stato sostituito il cromosoma X con una mutazione nel gene HPRT in cellule staminali embrionali di topo correggendo, in tal modo, la causa della Sindrome di Lesch-Nyhan. La tecnica ha funzionato suggerendo la possibilità di intervenire su diverse patologie che trovano nel cromosoma X la loro origine, tra le più note la sindrome di Turner, l’X fragile e la Distrofia muscolare di Duchenne. Per tale ragione, i ricercatori hanno proseguito la loro ricerca sul modello murino concentrandosi, stavolta, sulla correzione nelle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) del gene CYBB responsabile della malattia granulomatosa cronica.

La Malattia Granulomatosa Cronica è una patologia ematologica che affligge i neutrofili e rende il paziente inerme di fronte alle infezioni. I malati sono soggetti a ricorrenti infezioni che possono comprendere linfadeniti suppurative, ascessi epatici, polmoniti o osteomieliti. Inoltre, essi vengono colpiti da lesioni granulomatose disseminate causa anche di pericolose occlusioni gastro-intestinali. Il quadro clinico è, dunque grave. L’origine della malattia è uno dei principali motivi per cui essa è stata scelta: infatti, il gene CYBB - che determina la mancanza del citocromo b, necessario per la produzione di perossido di idrogeno utile a contrastare le infezioni - è localizzato sul braccio corto del cromosoma X. Cambiando il cromosoma difettoso con quello sano la malattia potrebbe essere eliminata.

Nel lavoro pubblicato su Stem Cells, i ricercatori guidati dalla prof.ssa Paulis hanno generato le cellule staminali pluripotenti indotte e, grazie a CRISPR/Cas9, hanno effettuato la sostituzione del gene mutato. Successivamente sono riusciti a completare il trapianto di cellule staminali nel modello animale e hanno osservato che le cellule da esse prodotte avevano riacquistato la naturale capacità di eliminare i batteri. I granulociti così prodotti sono dotati delle loro funzioni. “Dopo anni di esperimenti su modelli sperimentali abbiamo potuto dimostrare che con questo approccio è possibile curare in provetta cellule di una grave immunodeficienza quale la malattia granulomatosa cronica, in cui alcune cellule del sangue non sono in grado di eliminare le infezioni” - prosegue Paulis - “Ora abbiamo riprogrammato le cellule del portatore di questa patologia ottenendo cellule staminali pluripotenti capaci di differenziarsi verso qualsiasi tipo di tessuto, ed in particolare in quelli che presentano il difetto funzionale. Le cellule così resettate sono state corrette con il trapianto cromosomico e poi differenziate nei granulociti che sono quelli non funzionanti in questa malattia. Tali cellule hanno acquisito il nuovo cromosoma sano con la contemporanea eliminazione del cromosoma danneggiato”.

L’eliminazione del cromosoma danneggiato è proprio uno dei motivi di maggior successo della tecnica di trapianto del cromosoma che, adesso, deve continuare il suo percorso di sviluppo preclinico per poter approdare alla sperimentazione sull’uomo per il trattamento di diverse gravi patologie genetiche.

 

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