La molecola di RNA è per sua natura effimera: trovare un modo per stabilizzarla potrebbe aprire le porte a un nuovo filone terapeutico
Dall’inizio della pandemia di COVID-19 all’assegnazione del Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina a Karikò e Weissman, l’RNA è stato al centro dell’attenzione del mondo scientifico – e non solo - e lo è ancora. Una molecola che è stata sottovalutata in passato e che ora ha il suo momento di rivalsa, ma che presenta ancora alcune sfide da affrontare. Una caratteristica dell’RNA è la sua breve vita, dato che nel giro di poche ore gli enzimi cellulari presenti nell’organismo umano lo fanno a pezzi. Se questo va bene per il funzionamento di un vaccino – che deve codificare proteine per un lasso ridotto di tempo, necessario a scatenare la risposta immunitaria, e poi può sparire – è invece un problema se si immagina di utilizzarlo come terapia. Ma se si facesse diventare la molecola di RNA di forma circolare per proteggerla dal deterioramento? Un articolo da poco pubblicato su Nature descrive questa tecnica sperimentale.
A differenza del DNA, che è notoriamente una molecola a doppia elica, l’RNA è formato da una singola elica ed è questa la caratteristica principale che rende questa molecola più instabile. Gli RNA circolari (circRNA) si formano quando le due estremità di un trascritto di RNA si uniscono, dando origine a una molecola più stabile e longeva perché meno sensibile all’azione di degradazione da parte degli enzimi. A livello teorico, essendo in grado di sopravvivere per più tempo nell’organismo, potrebbe aumentare il potenziale terapeutico perché le proteine verrebbero prodotte per un tempo più lungo. Chi supporta questo approccio è convinto che porterà a una nuova generazione di terapie per diverse patologie, dalle malattie rare al cancro. Ma partiamo dall’inizio.
Come raccontato nell’articolo su Nature, i primi RNA circolari furono identificati negli anni ’70 nelle piante e, ben 15 anni dopo, i ricercatori ne hanno trovati in cellule umane e altri mammiferi. Identificati sì, ma la comprensione della loro funzione è arrivata parecchio tempo dopo. Di base si occupano di espressione genica, cioè si legano a molecole regolatrici e mediano l’espressione dei geni all’interno delle cellule. È stato anche scoperto che alcune di queste molecole sono in grado di codificare proteine: questo ha fatto riflettere i ricercatori sul loro potenziale terapeutico, ma il primo ostacolo era la produzione. Nelle cellule, infatti, i circRNA si formano attraverso uno specifico processo chiamato back-splicing che, a differenza dello splicing classico che prevede l’eliminazione dei segmenti non codificanti di un gene (introni) con l’unione dei segmenti rimanenti (esoni), può anche indurre il ripiegamento della molecola e la formazione di un “cerchietto”. Riprodurre questo passaggio in laboratorio è stata una sfida che ha afflitto i ricercatori per circa due decenni.
Al Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge (Stati Uniti), Alex Wesselhoeft decise di investire il suo tempo nella ricerca di un metodo efficace per “legare” le due estremità delle molecole di RNA, processo che si complica quando le dimensioni della molecola aumentano. Avere la possibilità di lavorare su RNA grandi significa anche poter codificare proteine necessarie a ipotizzare un trattamento per malattie come la fibrosi cistica. Grazie alla collaborazione con i bioingegneri Piotr Kowalski, ora all'University College Cork in Irlanda, e Dan Anderson del MIT ha progettato una soluzione in grado di stabilizzare l’RNA e consentire la circolarizzazione: oltre agli elementi IRES (internal ribosome entry site) scoperti negli anni ’90, sono stati aggiunti pezzi di RNA complementari ad alcuni segmenti e sequenze spaziatrici in vari punti della molecola. Questa tecnica è stata condivisa nel 2018 e da allora è il metodo di riferimento per la produzione di circRNA.
Gli esperimenti sui modelli murini hanno evidenziato che questo approccio permette la permanenza della molecola nell’organismo per più tempo e la produzione di proteine per diversi giorni, contro le poche ore di sopravvivenza e produzione che ha l’RNA lineare. Per portare questa piattaforma a uno sviluppo tale da farne una terapia, Wesselhoeft e Anderson hanno fondato, assieme a una imprenditrice, una start-up dedicata che ha portato alla creazione di un circRNA in grado di codificare la distrofina: la proteina più grande prodotta dalla cellula e responsabile – se difettosa – della distrofia muscolare di Duchenne. Non sono ovviamente gli unici a lavorare sui circRNA, ma il loro approccio è quello più applicato e ne sono stati sviluppati di simili. Un problema da affrontare è la risposta immunitaria che, di fronte a una molecola del genere, si scatena. Alcuni ricercatori puntano sulla “pulizia” del composto, che non deve avere contaminanti per ridurre l’effetto sul sistema immunitario, ma ancora non è stata trovata una soluzione.
Un altro aspetto da tenere in considerazione riguarda i vaccini a mRNA, che potrebbero essere migliori se trasformati in vaccini a circRNA: è possibile, infatti, che durino di più nell’organismo e stimolino la produzione di un maggior numero di anticorpi rispetto alla molecola lineare. Inoltre, stando a studi su modelli animali, sembrano essere più stabili a temperatura ambiente, cosa che faciliterebbe i processi di conservazione e trasporto. Altri ancora stanno valutando l’utilizzo di queste molecole per riprogrammare le cellule immunitarie affinché attacchino i tumori del sangue.
L’articolo firmato da Elie Dolgin spiega anche come i circRNA sintetici, se ripiegati in determinate forme, possano agire come anticorpi e legarsi direttamente ai bersagli, creando un tipo di farmaco noto come aptamero. Possono intrappolare e sequestrare diversi tipi di molecole regolatrici, eliminandole efficacemente dall'ambiente cellulare. Possono anche funzionare come "agenti antisenso" che si legano ai trascritti genici e ne bloccano o alterano l'espressione. Inoltre, possono fungere da molecole guida per applicazioni di editing dell'RNA, dirigendo enzimi specializzati verso trascritti genici mutati che necessitano di correzione. Tutte queste applicazioni sono attivamente esplorate da diverse start-up.
Ma i circRNA, pur essendo oggetto di studio di diversi gruppi di ricerca e aziende, sono ancora lontani dall’essere inseriti nella pratica clinica comune e le sperimentazioni sono ancora all’inizio. Le speranze di alcuni gruppi di ricerca – tra cui quello di Wesselhoeft, che ora è direttore dell'RNA terapeutico presso il Mass General Brigham Gene and Cell Therapy Institute di Cambridge – sono riposte in questo “cerchietto” di RNA. Chissà se la realtà rispecchierà le loro idee.
