Malattia ereditaria curata con la correzione genica

I neogenitori probabilmente conoscono il disturbo metabolico della fenilchetonuria: In Svizzera, ogni neonato viene sottoposto a un test per verificare la presenza di questa malattia ereditaria. Se ne è affetto, deve essere sottoposto a una dieta speciale per evitare che l'aminoacido fenilalanina, presente negli alimenti, si accumuli nell'organismo. Un eccesso di fenilalanina ritarda lo sviluppo mentale e motorio. Nei casi più gravi, le persone colpite soffrono di gravi disabilità mentali.

La causa del disturbo metabolico è una mutazione nel gene che rappresenta la struttura dell'enzima chiamato fenilalanina idrossilasi (PAH). Questo enzima, prodotto dalle cellule epatiche, umwelt und Geomatik. La malattia è autosomica recessiva: il bambino è affetto se ha ereditato un gene mutato sia dalla madre che dal padre. Attualmente non esiste una cura per questa malattia.

Estensione del sistema Crispr/Cas9

Tuttavia, un gruppo di ricerca guidato dal professor Gerald Schwank dell'ETH ha ora utilizzato un metodo per correggere entrambi i geni mutati nelle cellule epatiche e quindi curare la malattia. Il metodo ha avuto successo, almeno nei topi. I risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista "pagina esternaMedicina della natura" pubblicato.

Utilizzando un sistema Crispr/Cas9 potenziato con un enzima, i ricercatori hanno modificato in modo specifico la sequenza dei blocchi di DNA del gene corrispondente in topi adulti. Di conseguenza, le cellule epatiche sono state in grado di produrre nuovamente enzimi IPA funzionanti. I topi sono guariti.

In dettaglio: Il complesso Crispr/Cas9 ampliato da una cosiddetta citidina deaminasi si lega al sito del gene da correggere e apre localmente i due filamenti di DNA. La deaminasi converte la coppia di basi C-G del DNA che causa la malattia nella coppia di basi T-A, presente negli individui sani. L'errore nella sequenza del blocco di DNA viene così corretto.

Nell'editing Crispr/Cas classico, l'induzione di una rottura nel doppio filamento di DNA è l'elemento centrale della correzione genica. Il doppio filamento viene tagliato in un punto definito e la cellula tenta di riparare il taglio utilizzando vari meccanismi. Se una sequenza di DNA adatta viene aggiunta alla cellula dall'esterno, uno speciale meccanismo di riparazione consente di alterare la sequenza genica in modo mirato.

Il problema è che la maggior parte delle cellule umane utilizza principalmente altri meccanismi che generano ulteriori mutazioni non mirate.

Editing genico delicato

I ricercatori hanno scoperto che il nuovo strumento di editing genico è molto più efficiente del classico metodo Crispr/Cas9: è stato corretto fino al 60% di tutte le copie geniche difettose nel fegato dei topi. Di conseguenza, la concentrazione di fenilalanina è scesa a valori normali e gli animali non hanno più mostrato segni di malattia dopo il trattamento con lo strumento di editing genico.

Per trasferire il codice genetico del nuovo strumento di correzione nelle cellule epatiche, i ricercatori hanno inserito i geni necessari in virus adeno-associati e li hanno iniettati nel sangue dei topi. Il virus ha poi infettato le cellule epatiche e ha trasferito i geni dello strumento di editing nelle cellule epatiche.

Alto potenziale di applicazione

"Questo approccio ha un grande potenziale per le applicazioni nell'uomo", afferma Gerald Schwank. Tuttavia, il presente studio è solo una prova di concetto. Dovranno seguire studi clinici per testare l'efficacia del nuovo strumento di editing genico in altri animali e un giorno anche nell'uomo.

I precedenti metodi di editing genico hanno avuto solo un moderato successo nel correggere le mutazioni direttamente negli animali. Nel fegato di topi adulti, il tasso di correzione è stato finora di qualche punto percentuale, spiega Schwank. "Abbiamo ottenuto un multiplo di questo risultato: nessuno ci era mai riuscito prima".

Schwank ritiene che i rischi siano bassi. Dopo aver utilizzato lo strumento di editing, i ricercatori hanno cercato nel modello murino mutazioni non mirate, cioè mutazioni in punti in cui non dovrebbero essercene. Non ne hanno trovate. Il ricercatore intende ora approfondire la questione in uno studio successivo. "Il fegato umano è composto da diversi miliardi di cellule. Dopo l'editing, nessuna di esse dovrebbe presentare mutazioni che portano a tumori", sottolinea Schwank. ? inoltre necessario verificare se il virus adeno-associato, che i ricercatori utilizzano come veicolo di trasporto per i geni dello strumento di editing, provochi effetti indesiderati.

Focus su ulteriori malattie metaboliche

"L'uso di un editor di basi è stata la chiave del successo", spiega Lukas Villiger, dottorando di Schwank e primo autore dello studio. Questi sono stati sviluppati presso il Massachussetts Institute of Technology (MIT) e presentati in una pubblicazione scientifica solo due anni fa. In precedenza, i ricercatori dell'ETH hanno lavorato all'approccio classico Crispr/Cas. Dopo il 2016, Schwank e Villiger hanno utilizzato la tecnologia dei ricercatori statunitensi. "Nonostante i nuovi editor di base, il percorso non è stato semplice e abbiamo dovuto armeggiare parecchio", afferma Villiger. La sorpresa più grande è stata che questo sistema era molto più efficiente del classico toolbox Crispr/Cas.

La fenilchetonuria non è l'unica malattia metabolica ereditaria del fegato. I disturbi genetici del metabolismo dell'urea, ad esempio, fanno sì che l'organismo non riesca a rimuovere l'ammonio dal sangue come prodotto di scarto degli alimenti azotati e a scomporlo in urea. Questo porta soprattutto a disturbi del sistema nervoso centrale. L'unica cura attualmente disponibile è il trapianto di fegato. Schwank vorrebbe quindi testare il nuovo strumento di editing genico su queste malattie ereditarie.