Sfidare la malattia di Huntington? Due team riportano successi per i farmaci a dita di zinco in cellule e topi
Successo in cellule e topi con malattia di Huntington per i farmaci a dita di zinco che riducono la produzione della proteina dannosa
Progettare farmaci che dicano alle nostre cellule di produrre meno della proteina huntingtina mutante dannosa è uno degli approcci più promettenti per il trattamento della malattia di Huntington. La maggior parte dei tentativi di riduzione dell’huntingtina finora ha cercato di ‘colpire il messaggero’ piuttosto che attaccare la fonte del messaggio – il DNA stesso. Ora, due rapporti indipendenti di successo in topi con MH hanno dato un impulso ai farmaci a ‘dita di zinco’ – che interagiscono direttamente con il gene della MH stesso. È ancora presto per questa nuova tecnologia: cosa sappiamo e quali sfide ci attendono?
Cosa sono mai le dita di zinco?
Lo zinco è un metallo lucido che si trova nelle monete ‘d’argento’, nelle batterie e nella vernice bianca. Ma i nostri corpi usano lo zinco per uno scopo intrigante – che i ricercatori sperano di ‘dirottare’ per combattere la malattia di Huntington. Si scopre che lo zinco è di vitale importanza per consentire alle cellule di controllare i livelli di attività dei diversi geni nel nostro DNA.
Ricorda che un gene è un insieme di istruzioni, scritte usando le ‘lettere’ chimiche A, C, G e T. Ogni gene ha una diversa sequenza di lettere, e le cellule usano proteine contenenti zinco per aiutare a controllare i singoli geni in base alla loro specifica sequenza di lettere.
Quando lo zinco si lega a una proteina che controlla i geni, forma le ‘proteine a dita di zinco’ – così chiamate perché possono intrufolarsi nello stretto solco tra i due filamenti di DNA e toccare la sequenza per cui sono state create.
Un singolo dito di zinco può ‘solleticare’ tre lettere qualsiasi, a seconda della disposizione dei frammenti di zinco e proteina che lo compongono. Quindi un dito di zinco potrebbe aderire alla sequenza ‘ATG’, mentre un altro potrebbe mirare a ‘CAG’.
La parte entusiasmante è che le singole dita di zinco possono essere unite in sequenza. Unendo queste due, si otterrebbe una molecola che aderisce alla sequenza di 6 lettere ATG-CAG.
Dita su misura
Dopo decenni di lavoro per decodificare e comprendere il funzionamento del DNA e dei nostri geni, gli scienziati possono ora creare dita di zinco sintetiche, ingegnerizzate per aderire a qualsiasi sequenza di DNA desiderino.
Inoltre, queste molecole sintetiche a dita di zinco possono essere modificate e confezionate con altri farmaci, per produrre strumenti multiuso che si legano al DNA e che possono aderire, tagliare, incollare e bloccare.
Poiché la malattia di Huntington è causata da un singolo gene difettoso, è un buon candidato per la ricerca sui farmaci a dita di zinco.
La malattia di Huntington si manifesta quando una persona ha un errore di ‘ortografia’ nel gene che dice alle cellule come produrre una particolare proteina – chiamata huntingtina. Quando una persona ha troppe ripetizioni CAG in sequenza vicino all’inizio del gene dell’huntingtina, viene prodotta una forma ‘mutante’ dannosa della proteina, basata sulle istruzioni del gene.
Bloccare il gene della MH alla sua fonte
Due gruppi di ricercatori – uno un team accademico di Barcellona, Spagna; l’altro un’azienda biotecnologica californiana chiamata Sangamo – hanno appena annunciato esperimenti di successo utilizzando farmaci a dita di zinco che mirano al gene della malattia di Huntington.
I risultati del team spagnolo sono stati recentemente pubblicati sulla rivista PNAS. I risultati di Sangamo sono stati presentati al recente incontro della Society for Neuroscience a New Orleans, dove HDBuzz era presente tra il pubblico.
Entrambi i team hanno progettato molecole a dita di zinco che aderissero al ‘tratto CAG’ del gene dell’huntingtina e dicessero alle cellule di non leggere il gene.
Le catene di dita di zinco sono state scelte e perfezionate per cercare di farle aderire il più possibile a tratti CAG eccessivamente lunghi e dannosi, senza aderire a tratti di lunghezza normale. Il team spagnolo ha chiamato questo approccio, in modo accattivante, ‘metro a nastro molecolare’.
Dopo alcune modifiche chimiche, ogni team ha poi testato le proprie migliori ‘ricette’ di dita di zinco candidate in cellule coltivate in una capsula di Petri.
“Una volta che un dito di zinco ha mirato a una particolare sequenza di DNA, molte cose entusiasmanti sono teoricamente possibili.”
Il veicolo virale
Sfortunatamente, gli scienziati non possono semplicemente progettare e produrre un farmaco a dita di zinco e spruzzarlo sulle cellule, o metterlo in una pillola. Essendo proteine, i farmaci a dita di zinco sono grandi, complessi e fragili. Se ingerito come compressa, il farmaco verrebbe scomposto dal sistema digestivo.
Anche se somministrata tramite iniezione nel sangue, la proteina a dita di zinco non raggiungerebbe il cervello, per non parlare di arrivare fino al nucleo dei nostri neuroni, dove deve essere per svolgere il suo lavoro.
Per risolvere questo problema, i ricercatori possono usare i virus per ‘passare in autostop’ nel nucleo delle cellule.
Avendo scelto la catena proteica a dita di zinco desiderata, è abbastanza semplice progettare una sequenza di DNA che dirà alle cellule di produrre quella stessa proteina. Quella sequenza di DNA può quindi essere inserita in particelle di un virus chiamato AAV, che è innocuo, ma bravo a infettare i neuroni.
Quando il virus incontra una cellula adatta, inietta il suo carico di DNA nella cellula, trasformando la cellula in una fabbrica per la produzione del farmaco a dita di zinco!
Test nelle cellule
Il team spagnolo ha perfezionato i suoi migliori candidati a dita di zinco in diversi tipi di cellule geneticamente modificate e cellule coltivate dalla pelle di pazienti con malattia di Huntington. Anche i ricercatori di Sangamo hanno utilizzato queste cellule di pazienti con MH, così come cellule cerebrali da un modello murino di MH.
I farmaci a dita di zinco di entrambi i team hanno svolto il loro compito di ridurre l’attività dei geni contenenti lunghi tratti CAG.
Effetti fuori bersaglio
C’è un possibile intoppo qui. Il gene dell’huntingtina non è l’unico con un lungo tratto CAG – molti altri geni lo hanno. Quindi, un farmaco che mira ai tratti CAG potrebbe disattivare anche quei geni, il che potrebbe finire per fare più male che bene.
Una peculiarità del gene dell’huntingtina potrebbe essere d’aiuto quando si tratta di evitare questi ‘effetti fuori bersaglio’. Il tratto CAG nel gene dell’huntingtina si trova molto vicino all’inizio del gene, dove gli effetti dei farmaci a dita di zinco agiscono più fortemente.
Entrambi i gruppi hanno effettuato misurazioni per vedere se altri geni fossero influenzati dal farmaco a dita di zinco e hanno trovato risultati ampiamente rassicuranti. Eventuali effetti erano piccoli rispetto all’azione desiderabile sul gene dell’huntingtina mutante.
È il turno dei topi
Il team spagnolo, che è un po’ più avanti nel suo lavoro, ha portato le cose al livello successivo testando il loro miglior candidato a dita di zinco in un modello murino della malattia di Huntington.
Hanno somministrato ai topi una singola iniezione nel cervello, contenente particelle virali cariche di istruzioni di DNA per la produzione del farmaco a dita di zinco.
L’attività del gene dell’huntingtina mutante è stata ridotta di circa il 50% nel cervello vicino al sito di iniezione. Anche la comparsa di aggregati della proteina huntingtina mutante è stata ridotta di circa il 40%. Non c’è stata alcuna evidenza di effetti dannosi come la perdita di peso, ma lo studio era troppo piccolo per sapere se il farmaco a dita di zinco migliorasse i sintomi.
Aspetta un attimo – non è solo silenziamento genico?
Se ciò che hai letto qui sulla tecnologia delle dita di zinco ti ricorda i metodi di ‘silenziamento genico’ o di ‘riduzione dell’huntingtina’ per il trattamento della malattia di Huntington, datti una pacca sulla spalla. Ciò che questi gruppi stanno tentando è fondamentalmente il silenziamento genico, con una svolta – è mirato direttamente al DNA, piuttosto che a una ‘molecola messaggera’ chiamata RNA.
Finora, la maggior parte dei tentativi di ridurre la produzione di huntingtina si è concentrata sulla molecola messaggera RNA, perché è più facile progettare farmaci che mirano all’RNA piuttosto che al DNA. L’RNA fluttua nelle cellule in un singolo filamento, mentre il DNA è nascosto nel nucleo delle nostre cellule. Inoltre, i farmaci per il silenziamento dell’RNA esistono da più tempo, e alcuni non hanno bisogno di essere confezionati in particelle virali.
Dato che i farmaci per il silenziamento genico basati sull’RNA hanno avuto successo finora, perché affrontare la sfida maggiore di mirare al DNA del gene dell’huntingtina stesso, specialmente se ciò significa avere a che fare con particelle virali e farmaci grandi e fragili fatti di proteine? È una domanda ragionevole, e ci sono tre risposte principali.
Il primo riguarda l’andare alla radice della malattia di Huntington. Sappiamo per certo che la mutazione nel gene dell’huntingtina è la ragione ultima per cui le persone sviluppano la MH. Mirare al DNA con le dita di zinco significa colpire la causa nota della malattia. Mentre l’RNA è un passaggio essenziale nella produzione della proteina mutante, è un passo rimosso dalla causa ultima. Gli entusiasti delle dita di zinco credono che valga la pena tentare di superare gli ostacoli aggiuntivi nello sviluppo di farmaci mirati al DNA, per la possibilità che il risultato finale possa essere più sicuro ed efficace.
Il secondo riguarda l’RNA. Tradizionalmente, i biologi hanno ipotizzato che l’RNA non faccia direttamente cose utili o dannose – si limita a trasportare informazioni ed essere letto dai macchinari cellulari. Tuttavia, ora sappiamo che c’è di più, e ci sono diverse malattie genetiche in cui l’RNA è direttamente tossico per le cellule, piuttosto che semplicemente trasportare un messaggio dannoso.
Mentre tutti concordano che la proteina huntingtina mutante è la principale causa di danno nella malattia di Huntington, alcuni ricercatori pensano che l’RNA dell’huntingtina potrebbe essere una fonte aggiuntiva di danno. Altri non sono d’accordo, ma se l’RNA potrebbe essere dannoso, sembra ideale impedirne la produzione, piuttosto che eliminarlo in seguito.
L’ultima ragione riguarda l’andare oltre il silenziamento. C’è di più nelle dita di zinco che la semplice riduzione dell’attività genica. Una volta che un dito di zinco ha mirato a una particolare sequenza di DNA, molte cose entusiasmanti sono teoricamente possibili.
Pensando a molti anni nel futuro, è possibile che le dita di zinco possano essere usate per dirigere forbici e colla molecolari al gene mutante della MH, ‘tagliando via’ le ripetizioni CAG indesiderate. Questo è noto come editing genomico ed è uno degli approcci che Sangamo e altri sono interessati a perseguire.
Vantaggi e svantaggi
La maggior parte dei ricercatori sulla MH con cui parliamo dice che le dita di zinco sono “davvero interessanti” come modo per trattare la malattia di Huntington, e siamo propensi a essere d’accordo. Combattere la MH a livello del DNA, la causa ultima del problema, è sicuramente qualcosa che dovremmo provare, e siamo lieti che i progressi siano stati riportati indipendentemente da due gruppi dopo solo un breve periodo.
È importante tenere presente che ci vorrà molto tempo per perfezionare queste tecniche, che sono ancora nelle prime fasi della pipeline di sviluppo dei farmaci – e cose come l’editing genomico richiederanno decenni per concretizzarsi per i pazienti con MH.
Nel frattempo, tutti coloro che si occupano di MH rimangono entusiasti degli sforzi in corso in tutto il mondo per ridurre i livelli di huntingtina mirando all’RNA. Quelle tecniche sono molto più avanti e dovrebbero entrare presto in studi clinici sull’uomo.
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