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24 gennaio 2019

La ricerca su DNA (gene) editing e RNAm editing corre veloce

G. Borgo

Nel Seminario di Primavera 2018 l’aggiornamento sul tema della terapia genica aveva destato qualche delusione perché erano stati prospettati tempi molto lunghi per il raggiungimento di risultati clinici. L’analisi molto realistica delle esperienze finora realizzate aveva messo in luce le difficoltà dell’impresa, in particolare nel campo della fibrosi cistica. Ora però sembrano incalzare con ritmo accelerato le notizie sul gene editing, la tecnica innovativa di terapia genica che propone, invece che l’introduzione di un’intera copia del gene normale, la sua correzione. Tutto si basa sull’uso del sistema CRISPR/Cas9: una forbice molecolare (Cas9) che rimuove il tratto genico alterato riconosciuto attraverso una speciale guida, e a questa rimozione fa seguito l’inserimento del frammento di DNA con sequenza normale.

Venendo alla notizia, è di rilievo l’annuncio dell’esistenza di una collaborazione fra CRISPR Therapeutics, industria farmaceutica leader nel campo del gene editing (con sedi principali in Svizzera, Regno Unito e USA) e Vertex, l’azienda che ha lanciato i farmaci modulatori di CFTR oggi in commercio, finalizzata alla scoperta e allo sviluppo di terapie basate su gene editing attraverso la tecnica CRISPR/Cas9 nel campo di microcitemia, anemia falciforme e possibilmente fibrosi cistica (1). Questa joint venture è attiva dal 2015 ed ecco il primo risultato nel campo di due malattie genetiche del sangue, microcitemia e anemia a cellule falciformi (o drepanocitosi). In queste malattie il difetto sta nella produzione inadeguata dell’emoglobina, che porta ad anemia e rapida morte dei globuli rossi. CTX001 è la terapia che corregge il difetto a livello genico con la tecnica CRISPR/Cas9, mirata a ingegnerizzare cellule staminali del midollo osseo per indurle a produrre alte quantità di emoglobina fetale (HbF), un’emoglobina presente normalmente nel feto e nei primi mesi di vita e che può efficacemente compensare il difetto di queste malattie. La correzione viene fatta in vitro su cellule staminali, destinate a diventare progenitrici dei globuli rossi: esse sono prelevate dal midollo osseo del malato e poi reiniettate attraverso catetere venoso centrale. L’intento è quello di ripopolare il midollo di quel paziente con progenitori di globuli rossi capaci di produrre HbF. Queste staminali geneticamente modificate e localizzate nel midollo maturano fino a diventare globuli rossi corretti contenenti emoglobina fetale, adeguata efficacemente al trasporto di ossigeno. Saranno trattati nei trial programmati (2, 3) una quarantina di pazienti, con l’obiettivo di indagare la sicurezza e l’efficacia della terapia: in particolare, l’efficacia sarà valutata in base alla diminuzione del numero di trasfusioni di sangue che sono indispensabili con notevole frequenza nelle forme gravi di tali malattie. L’arco di osservazione dopo il primo trattamento con CTX001 è di almeno 6 mesi.

Questa osservazione porta a qualche considerazione su un possibile analogo approccio al trattamento del difetto di base nelle cellule epiteliali FC. In linea generale bisogna dire che l’approccio con gene editing è tecnicamente più semplice nelle anemie genetiche piuttosto che in FC, in cui, tra le altre cose, è ancora da scoprire per quale via sarebbe possibile un’analoga somministrazione di staminali ingegnerizzate per correggere le mutazioni CFTR implicate. Ma non è detto che quella delle staminali sia l’unica via. Intanto comunque si tratta di documentare bene la possibilità della correzione in vitro con tecnica CRISPR/Cas9. La prof. Anna Cereseto (Università di Trento) ha mostrato alla Convention FFC 2018 risultati preliminari del progetto FFC#1/2017, che utilizza CRISPR/Cas9 per correggere il DNA di due particolari mutazioni splicing 3272-26A>G e 3849+10KbC>T, realizzando la correzione in vitro su organoidi derivati da cellule staminali intestinali (4).

Forse per la complessità del problema in campo FC si stanno esplorando ancora vari approcci, alla ricerca di quello ideale. Una strada battuta è la correzione, piuttosto che del DNA del gene, del suo RNA messaggero (RNAm). RNAm è l’acido nucleico che trasmette le informazioni contenute nel DNA genico, al fine di produrre la specifica proteina di cui è responsabile. Se un gene è mutato, il suo DNA ha una sequenza alterata, dà origine a un RNAm alterato e quindi a una proteina difettosa. Però anche questo RNAm può essere corretto sempre attraverso la tecnica CRISPR. In questo modo ci sarebbe il vantaggio di non manipolare direttamente il DNA e, potenzialmente altri geni. Nel progetto FFC#5/2018 il prof. Aldo Di Leonardo e il suo gruppo dell’Università di Palermo studiano, su modelli cellulari, la possibilità di ricorrere a CRISPR (con modifica Cas13b) per correggere l’RNAm di mutazioni CFTR di tipo stop, in modo che il messaggio porti alla sintesi completa della proteina (5).

Infine, per far capire come l’argomento sia battuto e come siano veloci gli avanzamenti, citiamo che, a livello di grandi industrie, mentre CRISPR Therapeutics, di cui abbiamo detto sopra, si è rivolta alle possibili correzioni del DNA, Translate Bio (Lexington, Massachusetts)punta proprio sull’RNAm, in collaborazione con ricercatori del prestigioso MIT (Massachussets Institute Technology) (6). In questo caso non viene sfruttato il sistema CRISPR: l’idea è di saltare il problema del DNA alterato e tentare di introdurre nella cellula RNA messaggero con sequenza normale, quindi dotato delle istruzioni per produrre correttamente la proteina in questione. Attraverso esperimenti su polmone di topi, trattati per via aerosolica, i ricercatori hanno dimostrato con successo la possibilità di introdurre nelle cellule epiteliali un RNA messaggero destinato alla sintesi dell’enzima luciferasi (l’enzima che permette alle lucciole di fare luce) (6). L’idea affascinante (luminosa?) è che al posto del messaggio per la sintesi della luciferasi possa essere inserito quello per una proteina CFTR funzionante.

1) ir.crisprtx.com/news-releases/news-release-details/crispr-therapeutics-and-vertex-announce-fda-has-lifted-clinical
2) ClinicalTrials.gov Identifier: NCT03655678
3) ClinicalTrials.gov Identifier: NCT03745287
4) Progetto FFC#1/2017 SpliceFix: riparare difetti di splicing del gene CFTR tramite tecnologia CRISPR/Cas9
5) Progetto FFC#5/2018 Correzione di mutazioni stop del gene CFTR mediante modifica (editing) dell’RNA messaggero
6) Patel AK, Kaczmarek JC, Bose S, Kauffman KJ et all “ Nanoformulated mRNA Polyplexes for Protein Production in Lung Epithelium” Adv Mater. 2019 Jan 4:e1805116. doi: 10.1002/adma.201805116. [Epub ahead of print]