Dott. Vania Broccoli (Milano): “L’espressione del gene MECP2 è tollerata a diversi livelli nelle varie fasi di sviluppo del cervello. Saperlo servirà a progettare meglio i vettori terapeutici del futuro”
L’esplorazione dello spazio o delle profondità oceaniche promette di svelare verità sconosciute sul nostro pianeta e sulle nostre origini; allo stesso modo nei geni si celano ancora informazioni che, nonostante i progressi delle tecniche di sequenziamento del DNA, raccontano chi siamo davvero e come ci siamo evoluti. Lo dimostra uno studio firmato dai ricercatori degli Istituti di Neuroscienze e di Tecnologie Biomediche del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Milano, in collaborazione con i colleghi dell’IRCCS Ospedale San Raffaele, che sono riusciti ad identificare una funzione fino ad oggi sconosciuta della proteina MeCP2, codificata dal gene MECP2, principale responsabile dell’insorgenza della sindrome di Rett. Una scoperta che potrebbe avere decisive implicazioni nello sviluppo delle terapie geniche contro questa patologia genetica.
LA SINDROME DI RETT: UNA FORMA DI RITARDO NEUROLOGICO GRAVE
La sindrome di Rett si caratterizza per la regressione dello sviluppo neuronale, con perdita di svariate competenze precedentemente acquisite. È stata descritta per la prima volta nel 1965 da Andreas Rett, un neurologo austriaco che ne ha notato i classici segni in due bambini; questa condizione genetica, infatti, colpisce in modo prevalente gli individui di sesso femminile.
Di norma, inizia a manifestarsi tra i 6 e i 18 mesi di vita con il brusco arresto dello sviluppo psicomotorio e dell’accrescimento della circonferenza cranica: nelle bambine si assiste a una perdita progressiva delle abilità manuali e linguistiche ed alla comparsa dei tipici movimenti stereotipati (lavaggio delle mani, preghiera o applausi) osservati e riportati da Rett. In alcuni casi subentrano disturbi neurologici - fra cui convulsioni ed alterazioni respiratorie con iperventilazione - più gravi; infine, non sono rare le problematiche di natura fisica (scoliosi, osteoporosi e difficoltà alimentari). Col passare del tempo le condizioni delle pazienti peggiorano fino a raggiungere uno stato di deterioramento tale da determinare la morte anche prima dei 40 anni di età.
MeCP2: INIBITORE MA ANCHE ATTIVATORE DELLA TRASCRIZIONE
La sindrome di Rett ha un’origine genetica: causata da mutazioni nel gene MECP2 (localizzato sul cromosoma X, motivo per cui la malattia colpisce prevalentemente le femmine), uno fra quelli coinvolti nell’insorgenza di forme di ritardo mentale di tipo genetico. Proprio questo gene è finito sotto i riflettori delle ricerche guidate da Vania Broccoli e Mirko Luoni, pubblicate lo scorso aprile sulla prestigiosa rivista Nature Communications. Infatti, MECP2 non agisce solamente come inibitore della trascrizione di molti geni essenziali per il corretto sviluppo dei neuroni, bensì svolge un ruolo più ampio che i ricercatori milanesi sono riusciti a inquadrare meglio, gettando le basi per un’ottimizzazione delle nuove terapie geniche contro la sindrome di Rett.
“Ci siamo concentrati sulla proteina MeCP2, che lega il DNA metilato”, afferma Broccoli. “Volevamo scoprire in che modo essa sia in grado di controllare l’espressione genica durante la maturazione dei neuroni in un cervello in via di sviluppo”. Tradizionalmente, infatti, MeCP2 agisce come un fattore inibente l’attività di centinaia di geni e perciò esercita un considerevole impatto sul differenziamento, sulla maturazione e sulla vitalità dei neuroni. “Il suo ruolo diventa centrale nel passaggio da precursore a neurone maturo”, prosegue Broccoli. “Inoltre, negli ultimi anni si è ipotizzato che MeCP2 non funga solo da inibitore della trascrizione di geni ma, in certe situazioni, possa fare da attivatore, senza conoscerne i meccanismi”.
UN GENE, DUE MALATTIE
Il comportamento di MECP2 cambia a seconda dei suoi stessi bersagli, tanto che sono note almeno 6 mutazioni collegate ad altrettante proteine anomale coinvolte in processi di riarrangiamento della cromatina. Tuttavia, per la prima volta i ricercatori milanesi hanno scoperto che MECP2 può attivare geni cruciali per lo sviluppo dei neuroni, “collaborando” in modo particolare con un complesso epigenetico chiamato SWI/SNF, che regola l’accesso al DNA. È in queste fasi che definisce la maturazione dei neuroni.
“È risaputo che la mancanza di MeCP2 provoca la sindrome di Rett, ma l’espressione della stessa proteina due volte oltre i livelli di normalità è associata alla cosiddetta sindrome da duplicazione del gene MECP2, una sindrome neurologica severa definita da disfunzioni del cervello ed encefalopatie molto gravi”, precisa Broccoli. “Per questo motivo gli approcci di terapia genica attualmente in fase di valutazione clinica per la sindrome di Rett utilizzano vettori pensati per limitare l’espressione del gene MECP2, in modo tale che non si traduca in un livello di proteina dannoso per i neuroni”. Ciononostante, la terapia genica si somministra a pazienti in cui il differenziamento neuronale è già avvenuto, perciò Broccoli e Luoni hanno cercato di scoprire se gli effetti dell’espressione del gene MECP2 fossero i medesimi in due distinti momenti: nel neurone maturo e durante lo sviluppo embrionale.
UN RISULTATO CHE ALLARGA LE PROSPETTIVE TERAPEUTICHE
“Abbiamo scoperto che nei neuroni maturi la sovraespressione del gene MECP2 determina minime alterazioni in termini di funzionalità ed attività neuronale”, afferma l’esperto milanese. “Al contrario, i danni erano maggiori quando MECP2 era sovraespresso nei progenitori neuronali presenti nel cervello embrionale in fase di sviluppo. Perciò i neuroni maturi sono risultati molto più resistenti alla sovraespressione di MECP2 rispetto ai progenitori neurali, dove il gene funge da attivatore nel processo di sviluppo dei neuroni. Di conseguenza, il concetto di tossicità legato alla quantità di proteina MeCP2 cambia radicalmente, poiché l’aumento risulta critico nel cervello in fase di formazione, mentre è ben tollerato nel neurone maturo”. Una differenza che pesa moltissimo.
Il lavoro di Broccoli e Luoni definisce quindi i livelli di sicurezza e tollerabilità di MeCP2 per la funzione neuronale, concludendo che nelle terapie geniche del futuro ci si potrà spingere ad aumentare i livelli di espressione del gene MECP2. “La nostra scoperta potrebbe avere un impatto sulla progettazione delle terapie geniche del futuro perché sfida un dogma della biologia dello sviluppo che ha resistito per molti anni”, puntualizza Broccoli. “Oggi, alcune aziende di biotecnologia con terapie geniche in fase di validazione sfruttano un vettore virale che blocca l’espressione di MECP2, mantenendola a livelli bassi. È stata considerata una questione di sicurezza ma, così facendo, si è rinunciato ad una maggior efficacia”.
Rispetto ai loro stessi progenitori i neuroni rispondono in maniera diversa all’espressione di MECP2, poiché in essi la proteina endogena è già legata in quantità maggiori alla cromatina, mentre la proteina esogena - fornita con la terapia genica e che non riesce a legarsi - viene degradata. Ciò, invece, non accade durante lo sviluppo neuronale dove gli alti livelli di MeCP2 sarebbero un rischio.
UNA START-UP ITALIANA PER UN’INNOVATIVA TERAPIA GENICA
“Una volta capito ciò possiamo pensare di mettere a punto approcci di cura che preservino la sicurezza e, allo stesso tempo, incrementino l’effetto terapeutico di MECP2”, afferma ancora Broccoli il quale, insieme a Mirko Luoni, ha fondato una start-up il cui obiettivo è progettare una innovativa terapia genica per la sindrome di Rett. “REVERTA è sostenuta da finanziamenti italiani ed è finalizzata allo studio e alla validazione di un vettore che permetta una regolazione costante del gene MECP2, evitando la sovraespressione della proteina corrispondente ma cercando di raggiungere livelli tali da produrre un effetto terapeutico significativo. Stiamo raccogliendo i fondi per far avanzare gli studi e, grazie allo studio del gene, auspichiamo di ottimizzare la messa a punto dei prossimi trattamenti”.
Inoltre, l’articolo su Nature Communications sarà utile a quanti stanno già lavorando sulla terapia genica per la sindrome di Rett, con precise indicazioni per progettare vettori attraverso cui riattivare il gene MECP2 e stimolare la produzione di MeCP2 nelle quantità necessarie a “revertire” i sintomi della malattia. “Infatti, uno studio condotto su modelli murini ma considerato la pietra miliare per questa patologia conclude che, in assenza di neurodegenerazione e con la giusta terapia, i sintomi neurologici della Rett potrebbero sparire”, conclude Broccoli. “Nella sindrome di Rett i neuroni non sono danneggiati ma solo bloccati in uno stadio di differenziazione associato alla sintomatologia della patologia”.
Sbloccare questa situazione potrebbe voler dire trovare una cura per la Rett. Un obiettivo che i ricercatori stanno perseguendo anche con approcci di editing del genoma e che, in un futuro non troppo lontano, potrebbe condurre a una terapia efficace e sicura per le pazienti.
