Andare al sodo con CRISPR

La malattia di Huntington (MH) è causata da una ripetizione delle lettere genetiche C-A-G nel gene della huntingtina. Le persone che non svilupperanno la MH hanno 35 o meno CAG, mentre chi svilupperà la malattia ne ha 36 o più. Poiché la causa della MH è così chiara, gli scienziati inseguono da tempo un’idea potente: e se potessimo rimuovere il gene mutato?

Un nuovo studio in Science Advances compie un passo importante in quella direzione. Utilizzando l’editing genetico CRISPR, i ricercatori sono stati in grado di rimuovere direttamente il gene della huntingtina mutata nel cervello di topi affetti da MH, portando a miglioramenti duraturi nella salute del cervello, nel movimento e nella durata della vita.

Andare a monte: colpire la fonte del problema

Il DNA conserva le istruzioni genetiche della cellula, che vengono copiate in un messaggio di RNA utilizzato per produrre le proteine, le molecole che svolgono il lavoro effettivo all’interno delle cellule. Le CAG extra nel gene della huntingtina portano a una proteina espansa che si ritiene faccia deragliare il funzionamento interno delle cellule.

La maggior parte delle attuali strategie terapeutiche per la MH mira ad abbassare i livelli di RNA e proteina huntingtina. Queste includono approcci come gli oligonucleotidi antisenso (ASO) o l’interferenza dell’RNA (RNAi), che agiscono a livello dell’RNA, dopo che il gene è già stato letto e copiato.

CRISPR funziona in modo diverso. Invece di ridurre il messaggio o ripulire la proteina, CRISPR mira a modificare il DNA stesso. Questo lo rende un approccio particolarmente interessante per la MH, dove un singolo gene difettoso guida l’intera malattia.

CRISPR: forbici molecolari con GPS integrato

Per capire perché questo studio pubblicato di recente sia entusiasmante, diamo un’occhiata più da vicino a come funziona CRISPR.

Fondamentalmente, CRISPR è un modo per modificare il DNA direttamente all’interno delle cellule. Ma non è casuale: è mirato con precisione. Pensalo come a un paio di forbici molecolari guidate da un GPS. Il DNA è incredibilmente lungo e densamente impacchettato, come un gigantesco manuale di istruzioni. CRISPR ha bisogno di un modo per individuare l’esatto punto da modificare.

Utilizza un RNA guida, che agisce come un termine di ricerca. Questo piccolo pezzo di RNA è progettato per corrispondere a una specifica sequenza di DNA, in questo caso, parte del gene della huntingtina. Come quando si usa la funzione “trova” in un documento enorme, l’RNA guida scansiona il genoma finché non trova la sua corrispondenza perfetta.

Una volta trovato il bersaglio, l’RNA guida attira una proteina chiamata Cas9, le vere e proprie “forbici”. Cas9 taglia entrambi i filamenti di DNA in quella posizione precisa. Questo crea una rottura che la cellula deve riparare urgentemente. Quando le cellule riparano il taglio, spesso introducono piccoli errori. Questi minuscoli cambiamenti possono interrompere il gene, impedendogli di funzionare correttamente.

In questo studio, i ricercatori hanno preso di mira una regione situata appena prima dell’espansione della ripetizione CAG che causa la malattia nel gene HTT. Ed ecco l’idea chiave: se il gene della huntingtina viene interrotto, non può più produrre l’RNA o la proteina.

Un design più sicuro: CRISPR che si spegne da solo

Una delle sfide più grandi dell’editing genetico è la sicurezza.

Se CRISPR rimane attivo troppo a lungo, potrebbe tagliare parti non volute del genoma. Per ridurre questo rischio, i ricercatori hanno progettato un sistema CRISPR auto-inattivante.

Ciò significa che CRISPR modifica il gene e poi si spegne poco dopo.

Pensalo come a una sega con uno spegnimento automatico di sicurezza: taglia ciò che serve, poi si spegne immediatamente per evitare di causare danni extra.

Testare CRISPR in un modello murino di MH

Per testare questo approccio, i ricercatori hanno utilizzato un modello murino che trasporta una versione umana del gene della huntingtina mutata con un’espansione di ripetizioni molto lunga. Questi topi MH sviluppano tipicamente problemi di coordinazione, equilibrio e movimento, e nelle loro cellule cerebrali si accumulano ammassi di proteina huntingtina (aggregati).

Hanno somministrato il sistema CRISPR direttamente nel cervello utilizzando un vettore virale, un virus modificato che può entrare nelle cellule, ma è progettato per essere innocuo. Questo confezionamento specializzato ha permesso ai ricercatori di colpire le regioni più colpite nella MH, come lo striato e la corteccia.

I risultati sono stati sorprendenti. I livelli di huntingtina mutata sono scesi del 60–90% e gli aggregati sono stati ridotti fino al 90%. Questi aggregati sono un segno distintivo della patologia della MH e la loro riduzione suggerisce un importante miglioramento a livello cellulare.

Dopo il trattamento con CRISPR, le anomalie dell’andatura sono migliorate, la coordinazione motoria è aumentata e i movimenti iperattivi e ripetitivi sono stati ridotti. Oltre al cervello, i topi trattati hanno mostrato una minore perdita di peso e una durata della vita prolungata, avvicinandosi a quella degli animali sani.

Uno dei risultati più incoraggianti è stato che CRISPR si è rivelato efficace in diverse fasi della malattia. La somministrazione del sistema CRISPR ai topi prima dell’inizio dei sintomi ha portato a una forte prevenzione dei problemi motori simili alla MH e a un minor numero di aggregati. Quando i topi hanno ricevuto il vettore virale proprio all’inizio dei sintomi, hanno mostrato chiari miglioramenti. Ma anche quando somministrato dopo che i sintomi si erano stabilizzati, sembravano esserci benefici significativi.

Ciò suggerisce che anche dopo l’inizio della malattia, colpire il gene della MH stesso può ancora fare la differenza.

Guardando al futuro

Questo studio dimostra che l’editing del gene della huntingtina con un sistema CRISPR auto-inattivante può ridurre la proteina tossica, migliorare i sintomi e prolungare la durata della vita nei topi MH, anche quando il trattamento inizia dopo l’esordio della malattia. Questi risultati evidenziano il potenziale dell’editing genetico nel colpire la causa alla radice della malattia di Huntington in modo duraturo.

Tuttavia, rimangono diverse sfide chiave prima che questo approccio possa essere utilizzato nelle persone. Garantire la sicurezza è fondamentale, poiché modifiche non intenzionali del DNA potrebbero avere gravi conseguenze negli esseri umani. Anche la distribuzione degli strumenti di editing genetico in tutto il cervello umano, che è circa 1.000 volte più grande di quello di un topo, rimane un ostacolo importante. Inoltre, la maggior parte delle persone affette da MH possiede sia una copia sana che una mutata del gene, quindi è necessario sviluppare terapie che colpiscano solo la versione dannosa. Infine, passare da esperimenti di successo nei topi a trattamenti sicuri ed efficaci negli esseri umani richiede molti ulteriori passaggi scientifici e normativi.

Insieme, questi risultati rappresentano un importante passo avanti, sottolineando al contempo che è necessario altro lavoro prima che le terapie basate su CRISPR possano diventare una realtà per le persone affette da MH.

Riassunto

• La malattia di Huntington è causata da un singolo gene difettoso, il che la rende una forte candidata per terapie di editing genetico come CRISPR.
• I ricercatori hanno utilizzato le “forbici molecolari” CRISPR per tagliare e interrompere il gene della huntingtina mutata direttamente nel cervello.
• Il team ha sviluppato un sistema CRISPR auto-inattivante che si spegne dopo l’editing, migliorando la sicurezza.
• Questo approccio ha ridotto i livelli di proteina tossica fino al 90% e ha migliorato il movimento, il comportamento e la durata della vita nei topi MH.
• I benefici sono stati osservati anche quando il trattamento è stato somministrato dopo l’inizio dei sintomi, evidenziando il potenziale per terapie durature che colpiscono la causa alla radice della MH.