Dopo decenni di studi con risultati piuttosto deludenti, i ricercatori hanno finalmente fatto un passo importante verso un possibile trattamento per la distrofia muscolare di Duchenne grazie alla tecnica di gene-editing nota come CRISPR-Cas9, di cui si è molto parlato nel 2015 (http://www.nature.com/news/leukaemia-success-heralds-wave-of-gene-editing-therapies-1.18737), anche per richiesta di moratorie quando si sono prospettati interventi di editing genetico su embrioni (http://www.telethon.it/ricerca-progetti/malattie-trattate/distrofia-muscolare-di-duchenne-becker).

La distrofia muscolare di Duchenne è una malattia che causa la progressiva atrofia muscolare e che colpisce quasi esclusivamente individui di sesso maschile nei primi anni di vita, costringendoli in sedia a rotelle e provocandone la morte precoce per insufficienza cardiaca o difficoltà respiratorie. La malattia è causata da difetti di un gene che codifica per la distrofina, una proteina essenziale per la corretta funzionalità muscolare. (http://www.telethon.it/ricerca-progetti/malattie-trattate/distrofia-musc...)

Negli anni passati la malattia è stata a lungo bersaglio di tecniche di terapia genica, ma con scarso successo; mentre sono attualmente in corso studi clinici sull’utilizzo di farmaci alternativi a base di oligonucleotidi antisenso.

Correggere il codice

La terapia genica, cioè l'idea di guarire una malattia genetica inserendo il gene corretto nelle cellule danneggiate, è stata da poco ripresa. Tre gruppi di ricerca indipendenti hanno recentemente pubblicato sulla rivista Science i risultati dei propri studi effettuati utilizzando la tecnica, nota come CRISPR-Cas9, che consente di tagliare il DNA in siti selezionati per rimuovere o inserire segmenti per il trattamento di topi con un gene distrofina difettoso. Ogni gruppo ha inserito il sistema di taglio del DNA in un virus che infetta le cellule muscolari dei topi ed asportato un esone dal gene difettoso. Senza l'esone difettoso, le cellule muscolari hanno prodotto una distrofina accorciata ma funzionale, dando a tutti i topi più forza (vedi Fonti, in fondo).

I team di ricerca erano guidati da Charles A. Gersbach della Duke University, Eric N. Olson della University of Texas Southwestern Medical Center e Amy J. Wagers della Harvard University.

La proteina distrofina svolge un importante ruolo strutturale, ancorando ogni fibra muscolare alla membrana che racchiude il fascio fibro-muscolare. Il gene della distrofina, che guida la produzione della proteina nella cellula, si estende su circa l'1 per cento del cromosoma X ed è il più grande del genoma umano. Questo gene ha 79 esoni, ma può mantenere la propria funzione anche se un paio di esoni nel mezzo vengono eliminati. La proteina infatti conserva la propria funzionalità finché le due estremità rimangono intatte.

Questo è ciò che accade nella distrofia muscolare di Becker, una malattia meno grave nella quale le mutazioni provocano la mancata traduzione di alcuni esoni centrali durante il processo di sintesi della proteina. Nella distrofia muscolare di Duchenne invece, le mutazioni a carico del gene della distrofina causano la produzione di una proteina tronca mancante di una estremità che non funziona affatto. Questa differenza suggerisce una possibile strategia di trattamento: rimuovere gli esoni danneggiati per consentire alle cellule muscolari dei pazienti Duchenne di produrre una proteina distrofina intatta benché più corta, come accade nella distrofia di Becker.

Un ceppo di topi di laboratorio ha distrofia muscolare tipo-Duchenne in cui la maggior parte della proteina distrofina è persa a causa di una mutazione nell’esone 21 del gene. Nel 2014 il team del dottor Olson è stato in grado di modificare l'esone danneggiato, consentendo alle cellule muscolari di generare una proteina funzionale. Tale modifica del gene è stata effettuata in un ovulo fecondato del topo, causando una modifica ereditabile nel genoma del topo. Esiste una moratoria relativa a simili modifiche al genoma umano e in ogni caso un intervento del genere sarebbe arrivato troppo tardi per i pazienti affetti da distrofia muscolare. Così il passo successivo di Olson fu cercare di ottenere lo stesso risultato nei muscoli dei topi giovani.

Nello studio pubblicato su Science, il gruppo ha riferito di aver introdotto il sistema di gene-editing in un virus innocuo, insieme a specifiche “istruzioni” che hanno diretto il taglio delle due estremità dell’esone 21. Il virus ha infettato le cellule muscolari in tutto il corpo del topo, eliminando l'esone dal gene della distrofina. Le cellule muscolari hanno quindi riparato il DNA riunendo i pezzi del cromosoma tagliato e generando una proteina distrofina efficace.

Gli altri due laboratori di ricerca hanno eseguito quasi esattamente lo stesso esperimento, ciascuno perseguendo i risultati delle proprie ricerche precedenti.

Il gruppo del dottor Gersbach ha dimostrato in precedenza nel 2015 di poter rimuovere con la tecnica CRISPR-Cas9 gli esoni dal 45 al 55 del gene distrofina dalle cellule di pazienti Duchenne coltivate in colture di laboratorio. Dopo tale procedura le cellule hanno cominciato a produrre proteine distrofina funzionali. Più del 60 per cento dei pazienti Duchenne hanno mutazioni in questi esoni, quindi questo approccio potrebbe avere conseguenze significative per loro.

Wagers si è occupata a lungo di cellule staminali muscolari. Nei suoi esperimenti ha dimostrato che il virus in grado di alterare il gene della distrofina può infettare queste cellule staminali. Curare le cellule staminali muscolari di un paziente produrrebbe un risultato più duraturo rispetto alle modifiche innescate nelle cellule muscolari ordinarie, che si trasformano a un ritmo vivace nei pazienti con distrofia muscolare, anche se non in persone sane.

Sull’uomo funzionerà?

Tutte e tre le squadre hanno presentato istanza di brevetti, ma è necessario ancora molto lavoro prima di iniziare la sperimentazione clinica. Non è chiaro come il sistema immunitario umano potrebbe reagirebbe ai componenti del sistema gene-editing o alla proteina distrofina modificata a cui non è abituato.

Se sarà possibile sviluppare un trattamento basato sulla terapia genica per la distrofia muscolare esso dovrà competere con i farmaci oligonucleotide antisenso che sono già in fase di studi clinici. Anch’essi condividono lo stesso principio di evitare gli esoni danneggiati, ma invece di tagliare fuori il DNA, obbligano le cellule muscolari a evitare la traduzione di alcuni esoni durante processo di sintesi delle proteine. Questi farmaci però non agiscono perfettamente sui muscoli cardiaci e devono essere somministrati ogni settimana. Un trattamento di terapia genica invece avrebbe il vantaggio di una maggior durata nel tempo.

Fonti:
I tre studi di genome editing sulla malattia di Duchenne:
http://science.sciencemag.org/content/early/2015/12/29/science.aad5143.abstract?sid=9dd9bcd2-1f87-4623-9313-defc1a41a203
http://science.sciencemag.org/content/early/2015/12/29/science.aad5177.abstract?sid=a34944ef-555c-43fc-b7b3-88d4b80467d1
http://science.sciencemag.org/content/early/2015/12/29/science.aad5725.abstract?sid=d8e79b34-6cd7-4a6d-acd3-db3c00c4d26e