Regolare l’espressione di un gene tramite la modifica delle proteine associate alla sua sequenza di DNA: dimostrata per la prima volta la fattibilità in vivo
Negli ultimi anni l’editing genomico - specialmente grazie all’avvento dell’ormai famosa CRISPR - ha permesso di raggiungere risultati inimmaginabili e di superare alcuni limiti della terapia genica classica. Ma non è tutto oro quel che luccica: anche questo approccio mette i ricercatori di fronte a delle nuove sfide da affrontare. I rischi associati al taglio della molecola di DNA hanno spinto i ricercatori a cercare soluzioni alternative. Il gruppo di ricerca in Regolazione Epigenetica e Modificazione Mirata del Genoma presso l’Istituto San Raffaele Telethon per la Terapia Genica (SR-Tiget) ha lavorato su questo fronte e ha sviluppato una tecnologia che permette per la prima volta di silenziare in vivo l’espressione del gene PCSK9, coinvolto nella regolazione del colesterolo. Lo studio è stato pubblicato pochi giorni fa su Nature, ne abbiamo parlato con il prof. Angelo Lombardo che ha guidato il team di ricerca.
NIENTE TAGLI SUL DNA
Modificare le proteine che modulano l’espressione di PCSK9, un gene che regola i livelli di colesterolo nel sangue, è quello su cui si basa la tecnica innovativa messa a punto da Angelo Lombardo, responsabile del team in Regolazione Epigenetica e Modificazione Mirata del Genoma dell’SR-Tiget (ne avevamo già parlato qui).
La versione standard di CRISPR prevede un “taglia e cuci” della doppia elica o, nelle versioni successive, il taglio di un solo filamento oppure l’inserimento della modifica a livello chimico. In tutti i casi però l’intervento è permanente. Agire sulle “targhette” epigenetiche, cioè su quelle informazioni che si trovano sul DNA o sulle proteine che lo circondano (gli istoni), permette di nascondere o esporre il gene di interesse ai meccanismi di espressione in maniera reversibile e regolabile. “L’aspetto rivoluzionario, quello per cui è una tecnologia quasi unica al mondo, è che questa modifica – fatta grazie agli editor che abbiamo progettato nel 2016 – è ereditabile. La cellula memorizza la modifica, anche se non è la sequenza di DNA a essere toccata, e la registra nella sua memoria epigenetica, trasmettendola poi alle cellule figlie. Nello specifico, si tratta di una modifica repressiva, cioè che spegne, il gene PCSK9, che è l’obiettivo della nostra ricerca” spiega il prof. Lombardo.
Il meccanismo molecolare chiave di tutto il processo è la metilazione del DNA, l’unica modifica epigenetica conosciuta ad essere ereditabile. Le altre vengono perse nel processo di divisione cellulare o vengono mantenute solo quando c’è un repressore che rimane espresso in quella cellula. “L’idea alla base della tecnica è stata fondamentalmente quella di ricopiare un complesso repressivo che è attivo negli embrioni, protagonista della pubblicazione del 2016. I fattori di questo complesso repressivo attivo negli embrioni, che silenziano i retrovirus endogeni di cui il nostro genoma è ricolmo si esprime solo molto precocemente nello sviluppo, per poi scomparire”, spiega Angelo Lombardo.
I RISULTATI NEL MODELLO MURINO
I vantaggi sono evidenti: non si taglia il DNA, eliminando così il rischio di tagli fuori target e le loro possibili conseguenze; e la mutazione è ereditabile dalle cellule figlie. “Questa pubblicazione, dopo i dati ottenuti in vitro e presentati nel 2016, dimostra che questa piattaforma - denominata Evolved Engineered Transcriptional Repressor (EvoETR) - può funzionare in un organismo vivente, in questo caso il topo, e in un intero organo, cioè il fegato”, prosegue il prof. Lombardo. “Questo è il punto di forza dello studio, assieme all’evoluzione della piattaforma che ora è più efficace e specifica e permette di silenziare una percentuale alta di cellule e con una durabilità lunga – di circa un anno, stando ai dati ottenuti - con una sola iniezione”.
Per trasportare il sistema di editing epigenomico nell’organismo vengono usate delle nanoparticelle lipidiche che contengono RNA messaggeri (mRNA), la stessa tecnica utilizzata per produrre alcuni dei vaccini contro il COVID-19. La caratteristica intrinseca di queste molecole è la loro natura transiente: servono per produrre le proteine di interesse, ma in un brevissimo tempo vengono degradate.
I PROSSIMI PASSI
Oltre a quelle associate a PCSK9, ci sono altre condizioni patologiche che potrebbero essere trattate con l’editing epigenetico. Ad esempio, un interessante bersaglio terapeutico potrebbe essere l’epatite B. In questo caso potrebbe funzionare perché il virus che causa la malattia (HBV) è presente nelle cellule del fegato in multipla copia, cosa che rende l’editing genomico poco sicuro. Andare ad agire sull’epigenoma potrebbe invece esserlo di più”.
Non solo eccesso di colesterolo ed epatite B, ma anche il cancro rientra tra le possibili applicazioni dell’editing epigenetico. In questo caso l’idea è quella di modificare i linfociti T per l’immunoterapia del cancro, ricerca per cui i componenti del gruppo di Lombardo hanno vinto un altro Excellence in Research Award dalla Società Americana di Terapia Genica e Cellulare nel 2022. “In questo caso abbiamo ulteriormente modificato gli editori epigenetici per far sì che possano fare contemporaneamente editing genetico ed epigenetico. L’editing epigenetico è limitato a quei geni che devono essere silenziati, mentre l’editing genetico permette anche di inserire informazioni di interesse. Un approccio combinato, molto richiesto nel campo dell’immunoterapia dei tumori, e potenzialmente più sicuro di quello basato esclusivamente sull’editing genetico”, conclude Lombardo.
Questo studio pone le basi per lo sviluppo di terapie in vivo basate sul silenziamento epigenetico. Oltre a non indurre rotture, c’è un altro aspetto di grande interesse: infatti, rispetto all'RNA interference, per il quale sono necessarie somministrazioni multiple, l’approccio descritto in questa pubblicazione si configura come un trattamento “one-shot”.
START-UP PER EDITING E EPI-EDITING
Come tutte le terapie innovative, anche l’editing epigenetico richiede numerose tappe per essere portato al letto del paziente. A questo riguardo, nel 2019, Angelo Lombardo, Luigi Naldini, Fondazione Telethon e l’Ospedale San Raffaele hanno fondato Epsilen Bio, start-up volta a sviluppare terapie innovative basate sul silenziamento epigenetico. Epsilen è stata recentemente acquisita dall’azienda americana Chroma Medicine, che si è quindi posizionata come azienda leader mondiale nel campo dell’editing epigenetico.
Tra i fondatori di quest’ultima ci sono anche Jonathan Weissman, David Liu, Luke Gilbert, Keith Joung: tutti luminari nel settore dell’editing genomico ed epigenomico. “Sono convinto che il coinvolgimento di Chroma darà una spinta significativa allo sviluppo di farmaci basati sull’editing epigenetico”, commenta Lombardo.
Stiamo indubbiamente vivendo un ottimo momento per la terapia genica e cellulare, con l’editing genomico – ed epigenomico – che danno una ulteriore spinta all’innovazione in questo settore. Ricerca di base e traslazionale, sperimentazioni precliniche e cliniche, raccolta dati e analisi, fallimenti e successi: molti sono i passaggi necessari ad ottenere dei risultati concreti e con un occhio alla produzione finale di terapie che possano migliorare la vita dei pazienti. Sebbene non sia facile, fortunatamente, a volte i risultati arrivano.
