Editing genetico

Editing genetico: che cos'è e a cosa serve? Sarà la terapia del futuro?

L’editing genetico è una tecnologia altamente innovativa che funziona come un “correttore di bozze” del DNA: interviene in maniera precisa per trovare e correggere gli errori genetici all’interno dell’intero genoma. Molti considerano l’editing genetico come la terapia genica del futuro, visto che permetterebbe di correggere un gene difettoso direttamente là dove si trova senza doverne fornire una copia sana dall’esterno.

Una tecnica da Nobel: CRISPR

La vera rivoluzione in questo campo è arrivata nel 2012 con la scoperta del sistema Crispr-Cas9, che ha messo in secondo piano i sistemi di editing denominati nucleasi a dita zinco (zinc-finger nucleases), meganucleasi e TALEN che erano stati utilizzati fino ad allora dai ricercatori di tutto il mondo. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, espressione traducibile in italiano con brevi ripetizioni palindrome raggruppate e separate a intervalli regolari) ha dimostrato, fin da subito, una potenzialità e una versatilità fino a poco prima inimmaginabili: qualunque tipo di cellula vegetale, animale, inclusa quella umana, può essere modificata geneticamente e la correzione può avvenire anche per un singolo errore, e ovunque nel genoma. Inoltre, questa tecnica è facile da utilizzare, veloce ed economica, tutti fattori che contribuiscono ad ampliarne le potenzialità in ambito terapeutico. Una rivoluzione che ha premiato le sue scopritrici e autrici dell'ormai famoso studio pubblicato su Science nel 2012 - Emmanuelle Charpentier, Direttrice del Max Planck Unit for the Science of Pathogens a Berlino, e Jennifer A. Doudna, Professoressa all’University of California (Berkeley) - a vincere il Premio Nobel per la Chimica 2020 per lo “sviluppo di un metodo di editing genomico” basato su CRISPR.

CRISPR è l’acronimo di “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”, ovvero sequenze geniche che si ripetono a intervalli regolari. A CRISPR sono associati i geni Cas ("CRISPR associated", da cui deriva "Crispr-Cas9") che codificano enzimi capaci di tagliare il DNA. Il DNA non viene tagliato in modo casuale, ma in un punto preciso grazie alla presenza di un RNA guida.

Questo sistema è stato originariamente scoperto nei batteri, nei quali agisce come arma di difesa contro i virus - un po' come il sistema immunitario umano - e funziona in maniera molto semplice ma con grande efficienza. Il sistema CRISPR si basa sulla combinazione di due elementi: un enzima Cas e un RNA guida che si appaia al DNA del virus per indicare a Cas il punto in cui tagliare. Come nel caso della terapia genica, anche la strategia di editing basata su CRISPR può essere somministrata in vivo (direttamente nell'organismo) o ex vivo (all'esterno, su cellule vive prelevate dell'organismo).

Ad oggi la ricerca nell’ambito dell’editing genomico spazia dalle malattie genetiche, in particolar modo quelle rare (come la distrofia muscolare di Duchenne, la beta-talassemia e la fibrosi cistica), ai tumori, passando per le malattie neurologiche (Alzheimer e Parkinson), fino alle malattie infettive (HIV). L’utilizzo di CRISPR è inoltre in studio nel campo degli xenotrapianti, in particolare degli organi suini, per la terapia di malattie umane.

TEST OPEN DIV

editing, pert

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. 

crispr

Il futuro dell’editing in vivo dipenderà dai progressi del trasporto mirato, che permetteranno di trattare un numero crescente di malattie in modo più efficace e sicuro  

Immaginate di lanciare un trilione di freccette e che tutte quante colpiscano il centro del bersaglio. Per raggiungere questo livello di precisione con l’editing genetico bisognerebbe veicolare in modo intelligente il macchinario molecolare per la correzione del DNA (CRISPR o una sua variante) nel corpo dei pazienti, introducendolo soltanto nelle cellule difettose e bypassando i tessuti sani. I vantaggi sarebbero molteplici: massima efficienza di intervento, zero sprechi, minori rischi in termini di tossicità, immunogenicità, mutazioni indesiderate. Come si può ottenere un targeting così mirato? Agendo su diversi livelli, spiegano su Nature Biotechnology Jennifer Doudna e tre ricercatori del suo Innovative Genomics Institute.  

crispr, pku

La Nobel Jennifer Doudna e il pioniere Fyodor Urnov hanno fondato una company che si cimenterà con l’editing anche nelle malattie rare, a cominciare dalla fenilchetonuria

Il problema è noto: tante patologie sono teoricamente trattabili correggendo i difetti genetici responsabili con l’aiuto degli strumenti CRISPR, ma farlo rischia di essere difficile e persino impossibile per ragioni di rigidità regolatoria e insostenibilità economica. Il caso del primo neonato trattato con una terapia di editing sviluppata su misura a tempo di record (il piccolo KJ Muldoon) ha rappresentato una splendida dimostrazione di principio. Ma ha lasciato tanti genitori di bambini con malattie rare a chiedersi: quando arriverà il nostro turno? Mentre tra gli specialisti serpeggia da tempo la domanda: gli investitori torneranno a considerare l’editing come un approccio profittevole su cui ha senso investire?

Comprendere come funzionano le vie di riparo del DNA nei neuroni, diversi dalle cellule in divisione, può aiutare lo sviluppo di terapie geniche per le malattie neurologiche

Le tecniche di editing genetico, come Crispr-Cas9, permettono di modificare in modo mirato il DNA introducendo un taglio in un punto preciso e favorendo la sostituzione di sequenze specifiche. Non è però il taglio in sé, ma il modo in cui la cellula ripara quella rottura, a determinare il successo dell’intervento. Nei neuroni – cellule che non si dividono e devono mantenere l’integrità del loro genoma per tutta la vita – questi meccanismi seguono regole diverse, ancora poco comprese. Uno studio pubblicato su Nature Communications da un team dei Gladstone Institutes, dell’Innovative Genomics Institute e dell’Università della California mostra che i neuroni rispondono a CRISPR in modo profondamente diverso rispetto alle cellule in divisione, con implicazioni dirette per lo sviluppo di terapie geniche contro le malattie neurologiche.

crispr, dna, mitocondri

L’RNA guida che usa il famoso sistema di editing genetico non supera la barriera mitocondriale, ma si sta cercando una soluzione per poter modificare anche il DNA contenuto negli organelli 

Per chi lavora nel mondo delle biotecnologie – mediche e non solo - CRISPR fa parte della quotidianità. E, anche se non tutti lo usano direttamente in laboratorio, l’editing genetico è ormai onnipresente nella ricerca. Ma c’è un posto in cui CRISPR ancora non riesce ad arrivare: all’interno dei mitocondri, quei minuscoli organelli deputati alla produzione di energia cellulare e gli unici ad avere un DNA proprio, diverso da quello contenuto nel nucleo della cellula. Il DNA mitocondriale (mtDNA), infatti, contiene informazioni per il corretto funzionamento della cellula, ma può contenere anche mutazioni in grado di causare malattie. Proprio per questo è un obiettivo di grande interesse per chi sta cercando un approccio efficace per queste malattie. Il traguardo non è ancora stato raggiunto e la ricerca di una terapia genica mitocondriale richiederà tempo, ma diversi gruppi di ricerca stanno facendo i primi passi in questo percorso. 

crispr, colesterolo

La terapia sperimentale CTX310 ha dimostrato di poter modificare efficacemente ANGPTL3, riducendo trigliceridi e lipoproteine a bassa densità con un solo trattamento  

In un articolo pubblicato questo mese su The New England Journal of Medicine sono stati presentati i dati di uno studio clinico di Fase I che valuta CTX310, una terapia sperimentale basata su Crispr-Cas9 in vivo. Una singola infusione endovenosa della terapia a base di editing genetico ha portato a riduzioni dose-dipendenti e durature dell'ANGPTL3 circolante, con una riduzione media rispetto al basale del 73%, una riduzione media dei trigliceridi (TG) del 55% e una riduzione media delle lipoproteine a bassa densità (LDL) del 49% alla dose più elevata. Questi dati dimostrano il potenziale di CTX310 nella gestione del colesterolo (e non solo), anche se è importante sottolineare che si tratta di dati relativi alle fasi ancora iniziali della sperimentazione.  

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