Al CIBIO di Trento si punta sul meccanismo di interferenza a RNA per contrastare patologie come la demenza fronto-temporale. Ne parliamo con la prof.ssa Michela Denti, coordinatrice della ricerca
Quando viene illustrato il dogma della biologia molecolare, con il passaggio dell’informazione genetica dagli acidi nucleici alle proteine, a guadagnarsi il ruolo dell’attore protagonista è sempre il DNA. In maniera analoga quando si discute di terapia genica o di editing genomico, il primo pensiero corre subito alle modifiche del DNA. Tutto questo a discapito dell’RNA, molecola di indiscusso valore che negli ultimi due decenni ha raggiunto una grande notorietà grazie anche allo sviluppo di un nuovo settore terapeutico basato sul meccanismo di interferenza a RNA. Le sue applicazioni cliniche stanno conquistando l’interesse di vari gruppi di ricerca, come quello coordinato dalla prof.ssa Michela Denti, del CIBIO di Trento, che da più di dieci anni si occupa di malattie neurodegenerative.
L’interferenza a RNA
Ingranaggio intermedio del processo che origina la vita, l’RNA rappresenta l’elemento centrale del meccanismo di interferenza a RNA, che nasce in realtà come arma di difesa presente in varie specie di organismi, dai funghi unicellulari agli esseri umani, grazie a cui le cellule possono proteggersi dall’attacco dei virus. “All’inizio del nuovo secolo è scoppiata una vera rivoluzione che, nel giro di vent’anni, ci ha portato a scoprire molti dettagli dell’interferenza a RNA”, spiega la prof.ssa Denti del Dipartimento di Biologia Cellulare, Computazionale e Integrata (CIBIO) dell’Università di Trento. “Il cuore di questa rivoluzione è la scoperta degli short interfering RNA (siRNA), cioè piccoli frammenti di RNA a doppio filamento, che hanno le stesse proprietà di tutti gli altri acidi nucleici e possono legare in maniera altamente specifica dei filamenti di RNA con una sequenza di basi complementare”. Infatti, la presenza all’interno della cellula di RNA a doppio filamento (generalmente in seguito all’infezione di un virus) allerta un complesso proteico che si attiva tagliando l’RNA in tanti piccoli frammenti della lunghezza di circa 20 nucleotidi - i siRNA appunto. “Questi siRNA possono essere impiegati come un’arma contro gli agenti infettivi o le molecole che violano la salute della cellula”, prosegue Denti. “Essi si dirigono verso le altre molecole di RNA estranee alla cellula e le distruggono. In questo senso, la produzione di siRNA non è solo un prodotto del taglio dell’RNA virale ma anche uno strumento di difesa per provocare l’ulteriore degradazione di materiale nucleico dell’aggressore. In base a ciò si è capito che si poteva sfruttare il processo d’interferenza a RNA per combattere tutte le malattie in cui la produzione di un RNA endogeno, mutato o in eccessiva quantità, poteva causare la malattia stessa”. I siRNA possono dunque diventare straordinari strumenti terapeutici.
La demenza fronto-temporale
“La maggior parte degli approcci terapeutici sviluppati grazie all’aumento della conoscenza dell’RNA inducono la degradazione selettiva di un RNA messaggero (mRNA)”, precisa l’esperta trentina. “Ad esempio, ciò accade quando si vuole eliminare l’mRNA di un oncogene la cui espressione è legata all’insorgenza di un tumore o, più in generale dove ci sia l’eccessiva produzione di un trascritto derivante da un gene con un effetto negativo sulla cellula e sull’organismo. L’approccio alla malattia da noi adottato è diverso”. Specializzato nello studio dello malattie neurodegenerative, il gruppo di Michela Denti da anni svolge attività di ricerca sulla demenza fronto-temporale con parkinsonismo legata al cromosoma 17 (FTDP-17), una patologia ereditaria progressiva del gruppo delle cosiddette tauopatie - nel quale rientra anche la malattia di Alzheimer - così chiamate dal momento che le specifiche mutazioni che ne causano l’insorgenza determinano delle alterazioni a livello della proteina TAU. In particolare, nel caso della FTDP-17 la proteina TAU si accumula in granuli che soffocano l’attività dei neuroni, conducendoli progressivamente alla degenerazione e provocando in tal modo danni irreversibili nelle aree frontali e temporali della corteccia cerebrale.
La FTDP-17 è associata a mutazioni in diversi geni, tra cui TDP-43 e FUS - gli stessi geni mutati nella SLA - e il gene MAPT che codifica proprio per la proteina TAU. Questa particolare proteina viene prodotta in due isoforme, diverse per l’inclusione - o meno - dell’esone 10 durante il processo di splicing, cioè il meccanismo con cui l’RNA viene processato prima di produrre la proteina. Queste isoforme sono presenti nella stessa quantità e tale equilibrio garantisce che non si sviluppi la patologia ma se si genera una mutazione e viene prodotta un’eccessiva quantità di un tipo di proteina (quella che contiene l’esone 10) si formano gli agglomerati di proteina TAU e il cervello dell’individuo va incontro alla malattia.
Il progetto di ricerca
“Metà delle mutazioni nel gene MAPT alterano lo splicing, il meccanismo di maturazione del mRNA, favorendo così l’eccessiva produzione della proteina dannosa”, specifica Denti. “Sulla base di questo quadro il nostro obiettivo è di eliminare in maniera selettiva l’mRNA contenente l’esone 10 prodotto in quantità eccessiva. Così da riportare in equilibrio le due isoforme e ripristinare la normale fisiologia dei neuroni. Siamo riusciti a dimostrare come ciò sia possibile ricorrendo ai siRNA che prendono di mira la sequenza di mRNA nell’esone 10 e inducono una degradazione selettiva solo di quell’mRNA”. L’ipotesi di lavoro della prof.ssa Denti e della sua équipe è stata studiata ricorrendo a cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), ottenute dai fibroblasti dei pazienti colpiti dalla malattia e opportunamente differenziate in neuroni. “Abbiamo progettato 14 tipi di siRNA e tre di questi hanno avuto successo nel riportare in equilibrio la quantità delle due isoforme. Ora vogliamo studiare l’efficacia del nostro metodo in un modello murino con il gene mutato umano”, afferma Denti, che tra le difficoltà del progetto segnala come nelle malattie neurodegenerative i modelli animali non sempre ricapitolino in maniera precisa ciò che si osserva della patologia nell’essere umano.
Tuttavia, l’ostacolo di maggiori proporzioni consiste nel superamento della barriera emato-encefalica per far arrivare i siRNA terapeutici al cervello. Un problema che, come evidenziato in un articolo pubblicato nel 2017 sulla rivista EMBO Molecular Medicines, ha riunito un nutrito gruppo di ricercatori i quali hanno dato vita alla Cost Action CA17103 “Delivery of Antisense RNA ThERapeutics (DARTER)” in un comune sforzo per trovare nuovi metodi con cui veicolare le molecole ai siti bersaglio. Un esempio virtuoso della necessità di creare una rete internazionale di cui facciano parte non solo realtà accademiche ma anche imprenditoriali con il preciso obiettivo di collaborare per favorire l’innovazione dei metodi di “delivery” degli acidi nucleici terapeutici.
La strada del brevetto
“Padroneggiare i processi naturali e trasformarli in un approccio clinico utile al paziente è l’obiettivo più alto che un ricercatore possa porsi”, conclude Denti. “Abbiamo avviato una richiesta di brevetto per l’uso di siRNA terapeutici che è stata accettata a livello europeo e statunitense, e stiamo attendendo riscontro da Israele dove abbiamo appena depositato la richiesta. Questo non è un percorso giunto alla sua conclusione, siamo ancora in una fase iniziale e serviranno più tempo e maggiori investimenti per raggiungere un risultato utile ai pazienti. È fondamentale ricordarlo per non instillare false speranze e creare illusioni ai malati verso cui abbiamo una grande responsabilità”. Tuttavia, il modello proposto dai ricercatori trentini nasce e si articola in un contesto storico ideale per proporre nuovi approcci terapeutici, specie a seguito dell’esperienza acquisita dallo studio delle malattie rare. Inoltre, si configura come ago della bilancia tra il mondo accademico e la realtà imprenditoriale, conferendo valore ai prodotti della ricerca che devono diventare occasioni di crescita economica oltre che un modello propulsivo per una nuova generazione di lavoratori.
