Una nuova tecnologia basata sul prime editing e sui tRNA soppressori consente di superare le mutazioni che interferiscono con la produzione delle proteine
Correggere una singola mutazione alla volta è uno dei principali limiti delle attuali terapie di editing genetico. Un nuovo studio pubblicato su Nature propone invece un approccio diverso: utilizzare il prime editing per trasformare stabilmente un tRNA prodotto dalla cellula in un tRNA “soppressore”, capace di aggirare le mutazioni dette non senso - cioè quelle che producono una proteina tronca e solitamente non funzionale - e ripristinare la produzione di proteine corrette. La strategia, chiamata PERT (Prime Editing-mediated Readthrough of Premature Termination codons), ha dimostrato efficacia in modelli cellulari umani e in modelli murini di malattie genetiche, suggerendo la possibilità di sviluppare terapie non specifiche per singola mutazione, ma applicabili a molte patologie accomunate dallo stesso meccanismo molecolare.
MUTAZIONI NON SENSO: UN PROBLEMA TRASVERSALE NELLE MALATTIE GENETICHE
Le mutazioni non senso introducono un codone di stop prematuro nel DNA, interrompendo la traduzione della proteina prima che questa sia completa e funzionale. Si tratta di un meccanismo patologico estremamente comune: le non senso rappresentano circa il 10% di tutte le mutazioni genetiche associate alle malattie ereditarie umane.
Alcuni esempi sono la fibrosi cistica, la distrofia muscolare di Duchenne e la beta-talassemia. Ma anche malattie rare meno note come la malattia di Tay-Sachs, di Hurler, di Niemann-Pick di tipo C1 e la malattia di Batten, possono essere causate da questo tipo di errore di traduzione.
Livelli anche parziali di ripristino dell’attività proteica possono essere sufficienti a produrre benefici clinici significativi, rendendo le mutazioni non senso un bersaglio particolarmente interessante per nuove strategie terapeutiche.
DAI tRNA SOPPRESSORI ALL’EDITING GENETICO PERMANENTE
I tRNA soppressori (sup-tRNA) sono molecole di RNA in grado di “leggere oltre” un codone di stop prematuro, consentendo al ribosoma di inserire un amminoacido e completare comunque la sintesi della proteina. In passato, questi tRNA sono stati studiati come potenziali terapie, ma la loro somministrazione tramite vettori virali o nanoparticelle lipidiche richiedeva dosaggi ripetuti e livelli elevati di espressione, con possibili problemi di sicurezza.
L’innovazione di PERT consiste nel convertire in modo permanente un tRNA già presente nel genoma in una versione ottimizzata di tRNA soppressore, utilizzando il prime editing (Osservatorio Terapie Avanzate ne aveva già parlato qui). In questo modo, il tRNA viene espresso a livelli fisiologici, sotto il controllo dei suoi elementi regolatori naturali, evitando la sovraespressione e riducendo il rischio di effetti collaterali.
UN APPROCCIO UNIVERSALE
Uno dei limiti delle tecniche di precisione come base e prime editing è il fatto che possono correggere la maggior parte delle varianti patogene, ma occorre sviluppare nuovi agenti terapeutici per ogni mutazione target. L’innovazione di PERT sta nella sua potenziale indipendenza dal gene o dalla malattia specifica. Una volta “attivato”, lo stesso tRNA soppressore può agire su più mutazioni non senso, purché condividano lo stesso codone di stop prematuro. Va sottolineato che un tRNA non funzionerà per tutto e che le quantità necessarie potrebbero variare da tessuto a tessuto.
Nel lavoro pubblicato su Nature - firmato anche da David Liu, pioniere dell’editing - gli autori dimostrano che un singolo editor genetico è in grado di ripristinare dal 20 al 70% dell’attività enzimatica in modelli cellulari della malattia di Batten e in quella di Tay–Sachs e di recuperare l’espressione proteica in modelli di fibrosi cistica e di malattia di Niemann–Pick. In un modello murino di sindrome di Hurler, anche un recupero inferiore al 10% dell’attività enzimatica è risultato sufficiente a migliorare significativamente la patologia.
SICUREZZA E PROSPETTIVE
Un timore teorico legato ai tRNA soppressori è la possibilità che inducano la lettura errata dei codoni di stop naturali, ovvero lì dove effettivamente il messaggio genetico deve terminare, con effetti indesiderati sul proteoma. Tuttavia, gli autori mostrano che PERT non induce una lettura significativa dei codoni di stop fisiologici né alterazioni rilevanti dell’espressione genica o proteica globale. Questo effetto sembra dovuto a diversi meccanismi di controllo cellulare che limitano la traduzione oltre i codoni di stop naturali, rafforzando il profilo di sicurezza dell’approccio.
Sebbene PERT sia ancora in una fase preclinica, il concetto che introduce è di grande interesse per il campo delle terapie avanzate: ridurre il numero di farmaci necessari per trattare un ampio spettro di malattie genetiche, superando l’approccio “una mutazione, una terapia”.
Resta da affrontare la complessità della traslazione clinica, in particolare la variabilità tra tessuti, le modalità di delivery in vivo e la necessità di sviluppare diversi tRNA soppressori per codoni di stop differenti. Tuttavia, lo studio dimostra che, dal punto di vista biologico, un approccio di editing genetico trasversale è possibile.
