Scassinare la tasca di MSH3: nuove scoperte sull’espansione delle ripetizioni CAG

Nell’HD, le proteine di riparazione del DNA come MSH3 possono talvolta allungare accidentalmente la ripetizione CAG nel tempo. Alcuni scienziati britannici hanno dimostrato che colpire una piccola tasca di legame al DNA su MSH3 rallenta questo processo, aprendo una nuova strada per lo sviluppo di terapieTerapie Trattamenti.

La malattia di Huntington (HD) è causata da un tratto di lettere del DNA che si ripetono, C-A-G, all’interno del gene huntingtina. Sappiamo da tempo che queste ripetizioni sono dannose, ma negli ultimi anni abbiamo scoperto che sono anche instabili e possono continuare ad allungarsi nel tempo. Questo processo, noto come instabilità somatica, è sempre più riconosciuto come un possibile fattore scatenante dell’HD. Un numero crescente di prove suggerisce che, man mano che le ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH si espandono in alcuni neuroni vulnerabili, raggiungono infine lunghezze tossiche, contribuendo al danno delle cellule cerebrali e al peggioramento dei sintomi.

Una grande svolta nella comprensione dell’instabilità somatica è stata la scoperta che le proteine responsabili della riparazione del DNA danneggiato possono anche essere fattori chiave di questo processo. Invece di proteggere il genomaGenoma Nome dato all’ insieme dei geni che contengono le istruzioni complete per formare una persona o un altro organismo, possono occasionalmente contribuire all’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH. Colpendo una “tasca” di legame al DNA di una di queste proteine, MSH3, un gruppo di scienziati britannici guidato da Sarah Tabrizi ha dimostrato di poter rallentare l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH. Nel loro insieme, questi esperimenti fanno luce su come MSH3 guidi l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH e suggeriscono che potrebbe essere possibile interferire con questo processo lasciando intatte la maggior parte delle normali funzioni di riparazione del DNA di MSH3.

Perché le ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH continuano a crescere?

Come i lettori di HDBuzz avranno notato, l’instabilità somatica è diventata una delle aree di ricerca più importanti nell’HD, ma la nostra comprensione del processo è ancora in evoluzione. Ampi studi genetici sull’uomo hanno dimostrato che piccole variazioni nella sequenza dei geni di riparazione del DNA possono avere effetti sorprendentemente grandi sull’età in cui compaiono i sintomi dell’HD. Altri indizi sono emersi dalla biologia molecolare e strutturale, dai modelli animali e dagli esperimenti su cellule, dove gli scienziati possono eliminare geni o modificare leggermente le proteine e osservare cosa succede all’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH.

Molti di questi studi puntano verso lo stesso gruppo di proteine: il macchinario di riparazione del DNA della cellula. Il loro compito è pattugliare il nostro DNA, cercando danni e correggendo errori prima che causino problemi. Alcune di queste proteine possono unirsi in squadre note come complessi proteici, creando vere e proprie macchine molecolari per la riparazione del DNA. Nell’HD, tuttavia, sembrano essere ostacolate dalla ripetizione CAG espansa, che può formare un inaspettato anello sporgente. Invece di risolvere il problema, i loro tentativi di riparazione finiscono per allungare ulteriormente la ripetizione.

Non sappiamo ancora esattamente perché questo accada. Alcuni scienziati stanno cercando di comprendere la biologia alla base del fenomeno, mentre altri si concentrano sulla ricerca di modi per interrompere il processo, spesso riducendo o bloccando i membri chiave di questa squadra di riparazione difettosa.

Dove MSH3 incontra il DNA

Una delle proteine emerse come attore chiave si chiama MSH3. Fa parte di un importante complesso di riparazione del DNA ed è brava a riconoscere anelli o rigonfiamenti insoliti nel DNA. Nell’HD, questo compito sembra ritorcersi contro, contribuendo all’aggiunta di CAG in eccesso.

Sappiamo già che ridurre MSH3 nelle cellule e nei modelli animali di HD può rallentare l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH. Diverse aziende stanno infatti sviluppando terapieTerapie Trattamenti che mirano a ridurre i livelli di MSH3 come modo per rallentare l’instabilità somatica, mentre altre puntano all’attività “motore” del macchinario molecolare di MSH3. Ma un altro approccio consiste nel capire meglio esattamente come MSH3 interagisce con il DNA, e se questa interazione possa essere interrotta senza eliminare del tutto la proteina.

Alcuni studi hanno identificato una piccola tasca di legame al DNA su MSH3, dove una scanalatura sulla superficie della proteina entra in contatto con anelli di DNA anomali, come quelli che si formano in presenza di troppe ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH. In questo studio, i ricercatori hanno apportato piccole modifiche alla superficie della tasca per studiare come influire sul legame al DNA potesse alterare l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH. Se l’espansione si riduce, forse si potrebbero progettare farmaci in grado di bloccare questa tasca e impedire a MSH3 di aggrapparsi al DNA nel posto sbagliato.

Mettere alla prova la tasca

Per verificare se questa tasca di legame al DNA fosse davvero importante, gli scienziati hanno progettato un modello cellulare specializzato. Queste cellule contenevano un frammento di huntingtina con un tratto estremamente lungo di ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH (118) che si allungava in modo prevedibile nel tempo. Permettevano inoltre ai ricercatori di controllare i livelli di MSH3 e di apportare piccole modifiche alla proteina stessa.

Le proteine sono costruite a partire da venti diversi mattoncini chimici chiamati amminoacidi. Due di questi, la tirosina (Y) e la lisina (K), si trovano fianco a fianco all’interno della tasca di legame al DNA di MSH3 e la aiutano a riconoscere gli anelli irregolari di DNA. Utilizzando l’ingegneria genetica, i ricercatori hanno sostituito questi amminoacidi con altri diversi per capire cosa succede quando MSH3 non può più afferrare il DNA nello stesso modo.

I risultati sono stati sorprendenti. La modifica di questi due soli amminoacidi ha quasi completamente bloccato l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH. I ricercatori hanno anche dimostrato che ciò non dipendeva dal fatto che MSH3 avesse smesso del tutto di funzionare. La proteina veniva ancora prodotta normalmente e poteva ancora associarsi ad altre proteine nel complesso di riparazione del DNA. Le modifiche, invece, impedivano a MSH3 di legarsi agli anelli di DNA anomali formati dalle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH espanse.

Si può colpire la tasca con un farmaco?

Dimostrare che la tasca di legame è importante è solo il primo passo. La domanda successiva è se possa essere colpita con un farmaco. I ricercatori si sono quindi rivolti a una piccola molecola chiamata CP1. Questo composto si era già dimostrato capace di inserirsi vicino alla tasca di MSH3 e di comprometterne la capacità di legarsi al DNA. CP1 non è un farmaco pensato per curare la malattia; la strada per creare, selezionare e testare molecole che soddisfino questi criteri è lunga! Possiamo piuttosto pensarlo come un composto sperimentale che gli scienziati possono usare per studiare MSH3.

Per testare CP1, i ricercatori hanno allestito una trappola sperimentale. Hanno creato un breve frammento di DNA contenente il tipo di anello CAG che MSH3 riconosce normalmente, e lo hanno usato come “esca” molecolare. Come previsto, MSH3 si è agganciata all’esca, ma dopo il trattamento con CP1, molta meno proteina è stata catturata.

Non si è trattato solo di un trucco biochimico. CP1 ha ridotto anche l’interazione tra MSH3 e gli anelli di DNA contenenti CAG nelle cellule viventi, compresi i neuroni derivati dalle cellule staminaliCellule staminali Cellule che posson dividersi in cellule di tipo differente di una persona con HD. Cosa ancora più importante, il composto CP1 ha rallentato l’instabilità somatica in tutti questi sistemi sperimentali.

Colpire MSH3 con maggiore precisione

Sappiamo da tempo che MSH3 è un bersaglio interessante per rallentare l’instabilità somatica, e diverse aziende stanno già sviluppando terapieTerapie Trattamenti pensate per ridurre i livelli di MSH3. Tuttavia, poiché MSH3 normalmente contribuisce a riparare il DNA danneggiato, esistono comprensibili preoccupazioni legate allo spegnere completamente una proteina che aiuta a proteggere il nostro genomaGenoma Nome dato all’ insieme dei geni che contengono le istruzioni complete per formare una persona o un altro organismo. Questo studio ha esplorato un’idea diversa: invece di eliminare MSH3, gli scienziati potrebbero semplicemente impedirle di interagire con le strutture anomale del DNA che guidano l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH?

La risposta sembra essere sì. Colpendo una piccola tasca di legame al DNA, i ricercatori sono riusciti a rallentare l’instabilità somatica lasciando intatta la normale funzione di MSH3, e lo hanno dimostrato in diversi sistemi.

Qualche cosa da tenere in tasca

Ci sono alcune importanti cautele da considerare. Si tratta ancora di una ricerca in fase molto precoce. Gli scienziati hanno adattato in modo ingegnoso modelli e strumenti già esistenti, tra cui cellule con ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH in rapida espansione, livelli regolabili di MSH3 ed “esche” di DNA ad anello, per porsi domande importanti sull’instabilità somatica. È un passo verso una comprensione più profonda, ma servirà ancora molto lavoro per stabilire se le conclusioni valgano anche nell’ambiente complesso del cervello, e in definitiva nelle persone con HD.

Anche la piccola molecola utilizzata nello studio presenta dei limiti. Sebbene CP1 si inserisca comodamente nella tasca di MSH3, si tratta di uno strumento di ricerca, non di un candidato farmaco, e il suo utilizzo a dosi più elevate si è rivelato in realtà un po’ tossico per le cellule. Sebbene abbia chiaramente interrotto l’interazione tra MSH3 e il DNA contenente CAG, sembra anche ridurre leggermente i livelli di MSH3, rendendo difficile separare completamente questi due effetti. Per avvicinarsi alla fase clinica sarebbero probabilmente necessari composti più selettivi.

Nonostante questi limiti, questo studio rappresenta un importante passo avanti. Fornisce la prova che interrompere una specifica tasca di legame al DNA in MSH3 potrebbe essere sufficiente a rallentare l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH. Questo lavoro identifica la tasca di legame al DNA di MSH3 come un nuovo bersaglio terapeutico interessante, aprendo la strada a una promettente nuova direzione per rallentare l’instabilità somatica nell’HD.

Riassunto

• MSH3 è una proteina di riparazione del DNA che può accidentalmente allungare le ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH nel tempo, contribuendo potenzialmente alla malattia di Huntington.
• Gli scienziati hanno identificato una piccola tasca su MSH3 che la aiuta ad aggrapparsi a strutture insolite del DNA formate dalle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH espanse.
• Modificare questa tasca o bloccarla con un composto sperimentale ha rallentato l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH nelle cellule.
• Questo potrebbe offrire un nuovo modo per rallentare l’espansione delle ripetizioni CAGRipetizioni CAG Tratto di DNA all’ inizio del gene della MH, che contiene la sequenza CAG ripetuta molte volte, ed é lungo in maniera anomala nelle persone che svilupperanno la MH senza eliminare del tutto MSH3, anche se sono necessarie ulteriori ricerche prima che questo approccio possa diventare un trattamento.