Ricercatori del MIT e di Harvard hanno creato un nuovo strumento per silenziare i geni senza modificarne la sequenza e lo stanno usando contro una patologia neurodegenerativa fatale
Guidati da Sonia Vallabh del Broad Institute e da Jonathan Weissman del Whitehead Institute del MIT (Stati Uniti), un team di scienziati ha messo a punto una tecnologia chiamata CHARM (Coupled Histone tail for Autoinhibition Release of Methyltransferase), che tramite diversi meccanismi è in grado di spegnere l'espressione del DNA. I risultati, pubblicati a fine giugno su Science, puntano di nuovo l’attenzione sull’editing dell’epigenoma (ne abbiamo parlato recentemente qui) e stavolta l’obiettivo sono le malattie da prioni, in cui il ripiegamento errato di alcune proteine porta alla degenerazione dei neuroni e alla loro morte che lascia dei veri e propri buchi nel cervello, una caratteristica della malattia.
QUANDO LE PROTEINE SI PIEGANO MALE
Una delle malattie da prioni - note anche come encefalopatie spongiformi trasmissibili - più conosciute è il morbo della mucca pazza, anche nota come variante della malattia di Creutzfeldt-Jacob, che viene acquisita mangiando carne bovina contaminata da prioni. Tra la fine dello scorso secolo e l’inizio del nuovo millennio il morbo della mucca pazza scatenò un allarme alimentare sanitario in tutta Europa senza precedenti. Ma questa variante non è l’unica. I prioni, infatti, possono avere origine diverse: sporadica, cioè spontanea e senza causa nota; ereditaria, cioè trasmessi tramite il DNA; o infettiva, in cui avviene un contagio da persona a persona (trapianto, uso di strumenti neurochirurgici contaminati, cannibalismo) o da animale a persona (ingestione di carne di manzo contaminata). I tipi principali – oltre al morbo della mucca pazza - sono la malattia di Creutzfeldt-Jacob, solitamente a esordio sporadico; prionopatia variabilmente sensibile alle proteasi, anche questa sporadica; la sindrome di Gerstmann-Sträussler-Scheinker, a trasmissione ereditaria; l’insonnia fatale familiare, sia sporadica che ereditaria; e la kuru, anche in questo caso acquisita ma tramite cannibalismo rituale.
Si tratta di malattie degenerative del sistema nervoso centrale che colpiscono alcuni mammiferi, esseri umani inclusi. Sono causate da forme alterate della proteina prionica (PrP), che viene normalmente espressa in vari organi del corpo, tra cui il cervello. L’accumulo di prioni nel cervello crea delle “bolle” che danno al tessuto cerebrale l’aspetto spugnoso tipico della malattia, da cui deriva il nome “encefalopatia spongiforme”. Purtroppo, non esiste cura e l’esito è infausto: i sintomi possono impiegare molti anni a manifestarsi, ma poi il decorso è rapido. È stato però dimostrato, come spiegato nello studio, che la riduzione dei livelli di proteina prionica nel cervello arresta la progressione della malattia in modelli animali con effetti avversi minimi. Inoltre, la proteina prionica non è essenziale nei mammiferi, il che indica che ridurre la sua espressione nel cervello è una strategia terapeutica praticabile.
CHARM: UN INCANTEVOLE STRUMENTO DI EDITING
Se la proteina PrP è un problema, cosa si può fare? Evitare di produrla prima ancora che degeneri, ad esempio. CHARM, infatti, va ad agire a livello epigenetico per silenziare il gene PrP, affinchè la proteina che potrebbe diventare un prione non venga prodotta.
Il team di ricerca aveva precedentemente sviluppato la tecnologia per silenziare geni specifici utilizzando lo strumento chiamato CRISPRoff, che per le sue caratteristiche non era applicabile alle malattie da prioni. La tecnica prevede di aggiungere gruppi metilici a specifici geni bersaglio per impedire la trascrizione e poi la traduzione in proteina. Il gene rimane intatto, ma la sua capacità di funzionare viene inibita. Bisognava però trovare il modo di arrivare al cervello che, come è ormai noto, non è facile da raggiungere. Ad esempio, le dimensioni di Cas9 limitano l’uso di vettori virali adeno-associati (AAV). I ricercatori hanno quindi sostituito Cas9 con una proteina zinc-finger (ZFP) più piccola, che ha meno probabilità di scatenare una risposta immunitaria. Inoltre, è stato modificato anche il sistema di metilazione, utilizzando i “macchinari” che la cellula già possiede invece di trasportarne dall’esterno. Questo è stato fatto per limitare gli effetti collaterali della procedura e ridurre il carico dei vettori. Inoltre, è stato sviluppato anche un editor epigenetico in grado di disattivare l’effetto, una volta silenziato il proprio bersaglio.
Come raccontato su Endpoint News, CHARM è stato concesso in licenza da Chroma Medicine, una società di editing epigenetico di alto profilo fondata da luminari dell'editing genomico, tra cui proprio Jonathan Weissman. Chroma ha lavorato su una precedente versione dell'editing epigenetico chiamata CRISPRoff, di cui Weissman è stato co-inventore. Sonia Vallabh, l’altra ricercatrice alla guida dello studio, è portatrice di una mutazione genetica che causa una malattia da prioni, a causa della quale sua madre è deceduta. Una spinta personale, oltre che professionale, che l’ha portata a studiare per arrivare a questo primo traguardo che ha dato dei buoni risultati.
Il sistema, infatti, è stato testato su modelli murini ed è stato rilevato che l’80% dei prioni presenti nel cervello degli animali è stato eliminato. Questo è un dato positivo perché, stando a studi precedenti, anche una riduzione di una percentuale molto più piccola può migliorare i sintomi nei pazienti.
Ci vorranno anni prima che CHARM sia pronto per gli studi sull’uomo, anche perché attualmente nessuna terapia di epi-editing ha raggiunto la sperimentazione clinica. Ma la speranza è che, in un futuro prossimo, possa cambiare gli esiti di questa malattia terribile, e anche il destino già scritto della ricercatrice che la sta studiando.
