Una strada meno battuta: come produrre meno huntingtina può alterare l’instabilità somatica e potrebbe ritardare i sintomi

Un mistero che molti scienziati ritengono sia la chiave per curare la HD è la sua misteriosa età di insorgenza. Sebbene le persone affette da HD portino il gene espanso fin dalla nascita, generalmente non sviluppano sintomi fino a tarda età, il che suggerisce che qualcosa di negativo stia ribollendo sotto la superficie! Una spiegazione, che ha guadagnato molto terreno negli ultimi anni, è un processo chiamato instabilità somatica, in cui l’espansione peggiora nel corso della vita di una persona. Un recente lavoro del laboratorio del Dr. Jeff Carroll presso l’Università di Washington ha studiato diverse tecniche genetiche per capire cosa causi l’instabilità somatica e se le terapie per l’abbassamento dell’huntingtina possano rallentarla.

Una ripetizione instabile

Per capire l’instabilità somatica, rivediamo brevemente come funzionano i geni. Normalmente, i geni come l’huntingtina, o HTT, vengono copiati per creare molecole messaggere, chiamate mRNA, attraverso un processo noto come trascrizione. Questi messaggi genetici possono poi essere usati come modello per creare proteine attraverso un altro processo chiamato traduzione.

Tuttavia, nella HD, il gene HTT contiene lettere genetiche extra (C-A-G) che si ripetono troppe volte, facendo sì che il suo messaggio di mRNA crei una proteina anomala. In alcune cellule, queste ripetizioni CAG possono allungarsi ulteriormente nel corso della vita di una persona, portando a un mRNA sempre più ripetitivo. Quando compaiono i sintomi, queste ripetizioni CAG possono essere cresciute fino a centinaia in certe cellule. La continua espansione della ripetizione CAG nell’HTT, chiamata instabilità somatica, è una delle principali teorie sul perché l’insorgenza della HD sia tipicamente ritardata fino all’età adulta.

Molti studi clinici in corso si concentrano sulla riduzione della quantità di HTT prodotta dal gene difettoso. Tuttavia, non è chiaro se l’abbassamento dei livelli di HTT rallenterà la crescita della ripetizione CAG nel gene HTT. Sebbene l’instabilità somatica sia la principale sospettata per l’insorgenza ritardata della HD, si tratta ancora solo di una correlazione. In ogni caso, vale certamente la pena indagare su cosa la causi e se le terapie di abbassamento dell’HTT, già in fase di sperimentazione clinica, possano influenzarla.

Ridurre l’huntingtina

In un nuovo studio, un team dell’Università di Washington ha testato se l’abbassamento dell’HTT influenzi l’instabilità somatica. Da lavori precedenti, avevano utilizzato un tipo di terapia chiamata Oligonucleotidi Antisenso (ASO), che si legano all’mRNA e lo inviano nel “cestino dei rifiuti” della cellula, per abbassare i livelli di HTT nei topi. Hanno dato seguito a questi esperimenti e hanno scoperto che gli ASO riducevano anche la crescita delle ripetizioni CAG di circa il 50%. Questa è una buona notizia perché diversi studi clinici in corso stanno già studiando gli ASO.

Sebbene la capacità degli ASO di ridurre i livelli di mRNA bersaglio sia ben compresa, i ricercatori sono rimasti sorpresi dal fatto che abbiano frenato la crescita delle CAG nel gene HTT. Sospettavano che gli ASO potessero anche interrompere l’mRNA alla sua fonte: un processo chiamato trascrizione. Lavori recenti di altri gruppi hanno collegato i tassi di trascrizione con la crescita delle CAG, tale per cui più il gene HTT viene utilizzato per produrre mRNA, più velocemente si accumulano le CAG. Questa ipotesi ha portato il team a indagare esattamente come gli ASO stessero rallentando la crescita delle CAG.

I ricercatori hanno considerato due possibili modi in cui gli ASO potrebbero rallentare l’instabilità somatica.

1. La proteina HTT stessa era responsabile dell’instabilità somatica e, riducendo la produzione di HTT, gli ASO riducevano l’instabilità somatica.
2. Il processo di attivazione del gene HTT causava l’instabilità somatica e, riducendo la trascrizione, gli ASO riducevano l’instabilità somatica.

Per scoprire come gli ASO potrebbero influenzare l’instabilità somatica, i ricercatori hanno iniettato nei topi una molecola simile, chiamata siRNA, che riduce la proteina HTT ma non influisce sulla trascrizione. Quando i livelli di proteina HTT sono stati abbassati usando il siRNA, non hanno visto alcun effetto sull’instabilità somatica. Questo non significa che il siRNA non stesse esercitando un effetto benefico, solo che il siRNA non stava riducendo l’instabilità somatica nelle cellule esaminate dal team. Tuttavia, ciò indica che gli ASO stanno rallentando la crescita delle CAG interrompendo la trascrizione, e non abbassando i livelli proteici.

Meno consegne, meno buche?

Per visualizzare la differenza tra siRNA e ASO, immagina il gene HTT come una vecchia strada percorsa da autoarticolati che effettuano consegne, e i pacchi rappresentano i messaggi di mRNA. Ogni anno che la strada viene percorsa, le sue buche e crepe peggiorano, proprio come la ripetizione CAG dell’HTT peggiora quanto più viene utilizzata per produrre proteine. Ridurre i livelli di HTT con il siRNA è come ridurre il numero di pacchi, ma lo stesso numero di camion è ancora sulla strada: sono solo più vuoti! Gli ASO, invece, riducono il numero di camion, e meno camion significano meno usura sulla strada, e quindi una crescita più lenta delle CAG.

I ricercatori hanno provato un approccio più diretto per testare la connessione tra instabilità somatica e trascrizione. Si sono rivolti a un modello murino di HD geneticamente modificato in cui la trascrizione dell’HTT può essere attivata o disattivata, come un interruttore, aggiungendo una speciale sostanza chimica all’acqua da bere. Nei topi in cui la trascrizione dell’HTT era stata disattivata, hanno osservato un rallentamento dell’instabilità somatica. Inoltre, più a lungo la trascrizione dell’HTT rimaneva spenta, meno crescevano le ripetizioni CAG. Questi risultati, in aggiunta ai loro esperimenti con gli ASO, hanno fornito una prova solida che la trascrizione era parzialmente responsabile dell’instabilità somatica.

Posti di blocco con dita di zinco

Sebbene accendere o spegnere l’HTT aggiungendo una sostanza chimica all’acqua da bere sembri fantastico, funziona solo in questo tipo specifico di topi geneticamente modificati, cosa che noi purtroppo non siamo! Così i ricercatori si sono rivolti a un approccio più pratico utilizzando le Proteine a Dita di Zinco (ZFP), che sono proteine geneticamente modificate che si attaccano direttamente alle ripetizioni CAG e bloccano la trascrizione. Seguendo la nostra analogia, le ZFP sono come giganti posti di blocco che interrompono il traffico. Se i camion delle consegne che percorrono la strada (che rappresentano la trascrizione) causano il peggioramento delle buche (crescita delle CAG), allora fermare il traffico dovrebbe rallentare l’instabilità somatica.

Per testare le ZFP, hanno usato un virus per consegnare le loro istruzioni di DNA nel cervello dei topi. Un lato del cervello del topo ha ricevuto una versione della ZFP che si aggancia alla ripetizione CAG e blocca la trascrizione, mentre l’altro lato ha ricevuto una versione della ZFP che si lega all’HTT ma non blocca la trascrizione. Le ZFP che bloccano la trascrizione hanno mostrato un’impressionante riduzione del 70% dell’instabilità somatica. Sorprendentemente, le ZFP che si legano all’HTT ma non bloccano la trascrizione hanno comunque ottenuto una modesta riduzione del 42% dell’instabilità somatica. Questa è una buona notizia perché bloccare completamente la trascrizione dell’HTT potrebbe non essere sicuro, dato che l’HTT svolge ancora funzioni importanti all’interno delle cellule cerebrali. Quindi, mantenere l’HTT parzialmente attivo rallentando al contempo l’instabilità somatica potrebbe rappresentare un approccio terapeutico più sicuro.

Direzioni terapeutiche

Collettivamente, questi risultati mostrano che ridurre la trascrizione dell’HTT non solo riduce la quantità di proteina HTT tossica nella cellula, ma potrebbe anche rallentare la crescita delle sue CAG. Sebbene rallentare la crescita delle CAG sembri un successo clamoroso, è importante ribadire che non sappiamo ancora con certezza se l’instabilità somatica causi l’insorgenza della malattia: è solo una pista promettente! Inoltre, ridurre la trascrizione dell’HTT, che è stata collegata al rallentamento dell’instabilità somatica, potrebbe causare problemi del tutto estranei nella cellula. Nella nostra analogia, bloccare le consegne dei pacchi impedirebbe la formazione delle buche, ma questo creerebbe sicuramente anche un gruppo di clienti arrabbiati in attesa dei loro pacchi!

Gli studi clinici che utilizzano gli ASO sono già in corso e si sta lavorando su terapie basate sulle ZFP. Sebbene ci sia molto spazio per l’ottimismo, ci sono alcuni avvertimenti importanti. Prima di tutto, i topi usati in questi esperimenti sono ingegnerizzati geneticamente con una mutazione estrema della ripetizione CAG, perché altrimenti non mostrerebbero sintomi a causa della loro breve durata di vita. E se queste terapie si tradurranno in modo efficace o sicuro negli esseri umani è un altro grande punto interrogativo. Ad esempio, sebbene gli ASO e le ZFP possano essere tollerati entro la brevissima vita di un topo, non ne conosciamo la sicurezza o l’efficacia a lungo termine negli esseri umani. In ogni caso, seguiremo da vicino ogni sviluppo e condivideremo gli aggiornamenti non appena saranno rilasciati!

Riassunto

• Le ripetizioni CAG nel gene HTT continuano a espandersi nel corso della vita, e questa instabilità somatica può contribuire all’insorgenza ritardata della HD.
• I trattamenti con ASO rallentano l’espansione delle ripetizioni riducendo la trascrizione dell’HTT, non solo i livelli della proteina HTT.
• Molteplici esperimenti, tra cui siRNA, trascrizione commutabile e Proteine a Dita di Zinco, confermano che meno trascrizione dell’HTT significa meno crescita delle CAG.
• Le terapie che mirano alla trascrizione sembrano promettenti, ma non è ancora chiaro se rallentare l’instabilità somatica cambierà l’insorgenza della HD negli esseri umani.

Per saperne di più

Soppressione dell’instabilità somatica della malattia di Huntington mediante repressione trascrizionale e legame diretto alle ripetizioni CAG