Splicing pericoloso: un nuovo modo di pensare alla proteina dannosa della malattia di Huntington

I ricercatori stanno lavorando sodo per capire esattamente come il gene espanso della malattia di Huntington causi danni. Un recente lavoro di un gruppo del Regno Unito ha scoperto un altro indizio per aiutare a risolvere il mistero. Si è scoperto che un’elaborazione difettosa della ‘ricetta’ dell’huntingtina produce un frammento corto e dannoso della proteina huntingtina.

Il ricettario, la ricetta e la torta di ciliegie

La malattia di Huntington è causata da un’espansione indesiderata del gene huntingtina. Ma i geni sono fatti di DNA, ed è la proteina huntingtina espansa a causare il problema. Come si passa dal DNA alla proteina? Tramite una molecola messaggera intermedia chiamata RNA.

Può essere utile immaginare una nonna eccessivamente zelante nel custodire le ricette, che tiene il suo ricettario chiuso a chiave in una cassaforte per evitare che si danneggi in cucina. Chiunque voglia preparare la sua famosa torta di ciliegie deve entrare nella cassaforte, fare una fotocopia della ricetta e andare in cucina per assemblare gli ingredienti.

In modo molto simile, le nostre cellule custodiscono il nostro DNA nel nucleo cellulare. Le copie di RNA dei geni vengono prodotte nel nucleo e trasportate all’esterno, dove vengono “tradotte” in proteine. I messaggi di RNA agiscono come ricette che dicono alla cellula esattamente quali ingredienti usare per produrre la proteina.

Nel caso di un gene huntingtina espanso, anche la copia di RNA della ricetta è espansa. La proteina finale ha troppi “ingredienti” e non si forma correttamente. Sebbene sappiamo che questa espansione causa la malattia di Huntington, non è ancora del tutto chiaro esattamente come la proteina espansa causi problemi nei neuroni.

Il succo della questione

Il gene huntingtina è molto lungo – uno dei geni più lunghi che abbiamo – e contiene la ricetta per una proteina molto grande. Ma la regione espansa anomala si trova proprio all’inizio del gene: la prima riga della ricetta, se vogliamo.

Una cosa che i ricercatori hanno notato è che le cellule cerebrali dei pazienti con HD e dei modelli murini contengono versioni molto corte della proteina huntingtina – solo il primo cinque percento circa.

Quindi, come si formano questi frammenti? Fino ad ora, si riteneva che speciali proteine ‘tagliatrici’ frammentassero la proteina huntingtina, formando frammenti di huntingtina.

I frammenti che contengono l’espansione anomala, tuttavia, sono dannosi per le cellule cerebrali. I ricercatori guidati dalla Prof.ssa Gill Bates del King’s College di Londra hanno suggerito che esiste un altro possibile modo in cui questi frammenti potrebbero formarsi, e ciò avviene nella fase in cui viene prodotta la copia di RNA della ricetta.

La fase di taglio

Ricordiamo che i geni sono fatti di DNA, che viene copiato in RNA, che viene poi tradotto in proteina. Semplice, vero? Ma come per la maggior parte delle cose in natura, c’è un altro livello di complessità da considerare.

Infatti, i geni contengono regioni codificanti e non codificanti che sono disposte in sequenza come le strisce di una zebra. Solo le regioni codificanti del gene finiscono per diventare proteina, mentre le regioni non codificanti vengono saltate.

Quindi, nel processo di copia del DNA in RNA, prima viene fatta una copia dell’intero gene, e poi le regioni non codificanti vengono rimosse dall’RNA, in un processo chiamato splicing.

Se ci riferiamo all’analogia del ricettario della nonna, possiamo immaginare che il ricettario abbia righe di ‘non-senso’ inserite tra le istruzioni. L’intera ricetta, con il ‘non-senso’ incluso, viene fotocopiata all’interno della cassaforte, ma la copia viene tagliata e ricomposta, senza il ‘non-senso’, prima di andare in cucina.

Quindi, cosa c’è di nuovo?

Studiando i topi, il team di Bates ha scoperto che la fase di splicing, in cui il ‘non-senso’ non codificante viene rimosso dal messaggio di RNA, non funziona correttamente se l’RNA dell’huntingtina è espanso, come avviene nella malattia di Huntington.

Nei topi normali, la regione non codificante è stata correttamente rimossa tramite splicing e le prime due regioni codificanti sono state unite correttamente per formare un messaggio sensato e a lunghezza intera.

Ma nei topi ingegnerizzati per portare un gene huntingtina espanso, la prima regione non codificante non è stata rimossa correttamente. All’interno di questa regione di ‘non-senso’ si trova un segnale che dice alla cellula di “tagliare corto questo RNA”. Di conseguenza, i topi con un gene HD espanso producono un messaggio di RNA extra, corto, composto solo dalla prima regione codificante e da parte della regione non codificante.

Una volta che questo breve messaggio di RNA viene tradotto in proteina, i topi si ritrovano con un breve frammento della proteina huntingtina, contenente la regione espansa: lo stesso breve frammento che si ritiene sia dannoso nell’HD.

Il team ha esaminato campioni di pazienti umani affetti dalla malattia di Huntington. Il messaggio di RNA e la proteina anormalmente corti sono stati trovati in alcuni, ma non in tutti. Questo potrebbe essere dovuto al fatto che la produzione dei piccoli frammenti varia tra diverse regioni del corpo o tra i pazienti.

In che modo l’espansione nella copia di RNA altera il processo di splicing? Il team di Bates ha dimostrato che una proteina solitamente responsabile della modifica delle molecole di messaggio di RNA si lega all’RNA huntingtina espanso, ma non all’RNA huntingtina normale. Potrebbe essere che questo legame inappropriato interferisca con lo splicing corretto, risultando nella copia di RNA huntingtina corta e difettosa.

Cosa facciamo con questo indizio?

Questo studio ci aiuta a capire un nuovo possibile modo in cui vengono generati frammenti dannosi della proteina huntingtina.

I nostri cervelli e neuroni sono cose complesse, e questo nuovo meccanismo potrebbe non essere l’unico modo in cui si formano frammenti dannosi di huntingtina. Il meccanismo tradizionale di ‘taglio’ non è escluso da questa nuova scoperta e, di fatto, entrambi i meccanismi potrebbero verificarsi contemporaneamente.

Inoltre, i frammenti dannosi probabilmente non sono l’unico modo in cui la proteina huntingtina espansa provoca danni.

Ma questa nuova informazione è un’importante aggiunta alla nostra conoscenza di come l’huntingtina espansa si comporta nel cervello. E più sappiamo, meglio siamo attrezzati per affrontare il problema.

Una possibile implicazione di questo lavoro riguarda le cosiddette terapie di ‘silenzio genico’ per la malattia di Huntington, che mirano a ridurre la produzione della proteina huntingtina, legandosi alle sue molecole di messaggio di RNA e dicendo alle cellule di eliminarle.

Fino ad ora, si pensava che tutto l’RNA huntingtina nella cellula fosse la versione a lunghezza intera. I ricercatori dovranno tenere presente che parte della proteina huntingtina dannosa potrebbe provenire da un messaggio di RNA più corto, che potrebbe non essere rilevato da alcuni farmaci di silenzio genico.

Fortunatamente, dato che abbiamo già visto farmaci di silenzio genico funzionare in diversi modelli animali di HD, è chiaro che questa nuova ricerca non invalida tale approccio. Infatti, migliorando la nostra comprensione, ci offre nuovi modi per capire come il gene HD causi la malattia di Huntington e aggiunge lo ‘splicing anomalo’ alla nostra lista di possibili bersagli per risolvere il problema.

Per saperne di più

• Articolo del team di Bates sulla rivista PNAS (accesso aperto)