CRISPR-immagine: illustrazione: Agnes Jonas. Credit Nature
Alcune start-up stanno testando terapie che prendono di mira specifici marcatori epigenetici per trattare patologie che vanno dal colesterolo alto a una rara malattia muscolare.
Alla fine del 2021, Amber Salzman sostenne un colloquio di lavoro che non aveva alcuna intenzione di accettare. Una start-up relativamente nuova, chiamata Epicrispr Biotechnologies, era alla ricerca di un amministratore delegato ed era molto interessata a valutare Salzman, che vantava decenni di esperienza nell’industria farmaceutica, per il ruolo. Aveva accettato l’incontro solo per fare un favore a un selezionatore che l’aveva aiutata a ricoprire una posizione chiave in un’altra azienda con cui aveva collaborato. Entrare a far parte della start-up non era qualcosa che la entusiasmava.
A metà della riunione, cambiò idea. Salzman aveva osservato Stanley Qi, il fondatore di Epicrispr, disegnare degli schemi su una lavagna spiegando che l’azienda voleva sviluppare una terapia genetica, non modificando il codice genetico, ma cambiando i marcatori chimici attaccati al DNA, che possono attivare o disattivare i geni. Poi Salzman chiese a un altro membro del team: “‘Quale malattia vogliamo curare?‘. E lei rispose: “FSHD”.
Salzman conosceva fin troppo bene questa condizione. La FSHD, acronimo di distrofia muscolare facio-scapolo-omerale, è una malattia ereditaria in cui i problemi muscolari iniziano nel viso e nella parte superiore del corpo e possono diffondersi ad altre parti, a volte rendendo necessario l’uso della sedia a rotelle. Il marito di Salzman, con cui era sposata da oltre 35 anni, aveva diversi cugini e una nonna affetti dalla malattia, sebbene lui stesso non l’avesse ereditata.
L’esperienza della sua famiglia con questa malattia le era sempre stata a cuore, ma Salzman non aveva mai visto un modo per fare la differenza nei suoi precedenti incarichi: “All’epoca, nessuno capiva davvero cosa la causasse”. Ma la conversazione con Epicrispr le ha offerto l’opportunità di affrontare la malattia.
Accettò l’offerta dell’azienda di diventarne amministratore delegato. Così facendo, Salzman entrò a far parte di un gruppo ristretto di sviluppatori di farmaci che cercavano di portare avanti una tecnica chiamata editing epigenetico mirato. L’idea è quella di rimuovere o aggiungere marcatori epigenetici, essenzialmente gruppi chimici che si trovano sul DNA (e sulle proteine attorno a cui è avvolto). A seconda del gruppo chimico presente o assente, i geni possono essere attivati o disattivati.
Alcuni farmaci esistenti influenzano i marcatori epigenetici, ma questi agiscono in modo generico e mancano di specificità. Questa nuova generazione di scienziati ha trovato il modo di modificare con precisione i marcatori epigenetici che influenzano geni specifici. Epicrispr, con sede a South San Francisco, in California, è una delle diverse aziende che lavorano su queste terapie. Al Congresso Internazionale di Ricerca sulla FSHD, tenutosi a fine giugno a Chicago, nell’Illinois, è stata una delle prime ad annunciare i dati di una sperimentazione di editing epigenetico.
I marcatori epigenetici hanno un impatto enorme sul modo in cui le nostre cellule interpretano il DNA. Modificare i marcatori epigenetici su un genoma è come usare un mixer audio per alterare un brano musicale in modo che suoni come le opere del compositore Franz Schubert o della pop star Taylor Swift, afferma il biologo Fyodor Urnov dell’Università della California, Berkeley. Urnov ha contribuito a sviluppare diverse tecnologie di editing genetico ed è co-fondatore di Tune Therapeutics, un’azienda specializzata in editing epigenetico con sede a Seattle, Washington.
Modifica epigenetica: dal concetto alla pratica clinica.
Gli strumenti impiegati in questa nuova era dell’editing epigenetico introducono una novità rispetto all’editing genetico standard, che prevede l’utilizzo del sistema CRISPR per tagliare il DNA. Questo sistema è preciso, ma anche in questo caso può causare tagli nel punto sbagliato, con conseguenti danni o alterazioni ai geni. “L’editing epigenetico è un concetto davvero entusiasmante per la terapia perché non vi è alcuna possibilità di indurre mutazioni del DNA fuori bersaglio, come accade con l’editing genetico tradizionale“, spiega Jessica Tyler, biologa molecolare presso il Weill Cornell Medicine di New York.
La maggior parte delle piattaforme di editing epigenetico, anziché modificare il DNA stesso, interviene sui marcatori ad esso associati. Questo approccio è considerato più sicuro per due motivi: in primo luogo, il sistema non può tagliare per errore nel punto sbagliato; in secondo luogo, riduce la possibilità che il DNA si riorganizzi, un rischio che si verifica ogni volta che il DNA si rompe. Inoltre, esperimenti preclinici su cellule umane dimostrano che le modifiche epigenetiche sono reversibili.
“Ma le forze epigenetiche sono potenti e i ricercatori dovrebbero procedere con cautela”, afferma Yann Joly, bioeticista a capo del Centro di Genomica e Politica dell’Università McGill di Montreal, in Canada. “La regolazione epigenetica svolge un ruolo centrale nello sviluppo e nella riproduzione”, spiega. “La comunità scientifica deve garantire che le terapie epigenetiche vengano somministrate in modo sicuro e senza conseguenze indesiderate”, conclude.
Esattamente
Nel 2012 e nel 2013, diversi gruppi indipendenti hanno pubblicato una serie di articoli che descrivevano il sistema di editing CRISPR-Cas9 originale e la sua applicazione. Nel CRISPR convenzionale, un RNA guida individua la sequenza bersaglio nel genoma e un enzima Cas9 taglia quindi il DNA. Le scoperte hanno suscitato grande interesse per il loro potenziale di riscrivere il DNA. Ma all’epoca, la maggior parte delle persone probabilmente non si rendeva conto che i biologi stavano già considerando come adattare l’editing CRISPR per modulare l’espressione genica, piuttosto che rompere o riscrivere il codice genetico.
Uno di questi biologi era Qi, che aveva lavorato nel laboratorio della pioniera del CRISPR Jennifer Doudna all’Università della California, Berkeley. Voleva capire come controllare la programmazione di una cellula, piuttosto che modificarne il codice.
Ha avviato il suo laboratorio presso l’Università della California, San Francisco (UCSF), e ha iniziato a studiare come modificare il sistema CRISPR-Cas9 in modo che potesse ancora agganciarsi al DNA bersaglio, ma senza tagliare la sequenza dopo averlo raggiunto. Nel 2013, Qi e i suoi colleghi, tra cui il biochimico Jonathan Weissman, anch’egli all’epoca presso l’UCSF, e Doudna, hanno messo a punto delle modifiche che hanno raggiunto proprio questo obiettivo. Hanno chiamato il Cas9 riadattato “morto” perché era privo della sua normale attività di taglio enzimatico.
Prima mondiale: sperimentazione su una persona di una terapia per ringiovanire le cellule.
In seguito, il team ha utilizzato un RNA guida per indirizzare la proteina Cas9 inattiva nel punto giusto, insieme a una proteina in grado di attivare e disattivare l’espressione genica. I test hanno dimostrato che il sistema funzionava nelle cellule umane ed era estremamente preciso. “È stato allora che abbiamo capito che si trattava di uno strumento rivoluzionario”, afferma Weissman, che ora lavora presso il Massachusetts Institute of Technology di Cambridge.
Poco dopo la pubblicazione di questi articoli fondamentali, Qi ha trasferìto il suo laboratorio alla Stanford University in California. Lì, ha continuato a perfezionare il sistema Cas9 inattivo e ha trovato una versione più piccola, chiamata Cas12F, che poteva essere introdotta più facilmente nelle cellule (la tipica proteina Cas9, proveniente dai batteri, è relativamente grande).
Qi e i suoi colleghi hanno scoperto la proteina Cas12F negli archei, organismi che per certi aspetti assomigliano ai batteri ma sono evolutivamente distinti e possiedono pareti cellulari diverse. Mentre la Cas9 è composta da circa 1.300 amminoacidi, la Cas12F ne conta circa 500. Per veicolare il carico utile alle cellule, il codice genetico per la Cas12F inattiva è codificato in un virus, noto come virus adeno-associato, considerato innocuo per l’organismo. Il virus viene infuso nel corpo e le cellule producono autonomamente la proteina Cas12F. La proteina inizia quindi ad agire sui marcatori epigenetici bersaglio.
Nel frattempo, l’azienda co-fondata da Weissman, Chroma con sede a Boston, Massachusetts, ha apportato miglioramenti a un altro componente del sistema: l’elemento metiltransferasi, che modifica i marcatori epigenetici. L’azienda non ha rivelato quale stia utilizzando, ma afferma che è efficiente e di piccole dimensioni. “Credo che questo sia parte del nostro segreto, francamente”, afferma Jenny Marlowe, responsabile dello sviluppo presso nChroma.
Prove di trattamento
Nel 2025, un team che includeva scienziati di nChroma ha pubblicato uno studio su topi e scimmie che dimostrava l’efficacia del loro approccio. Il sistema di modifica epigenetica del team, incapsulato in nanoparticelle lipidiche e somministrato per via endovenosa, era in grado di sopprimere la produzione di una proteina chiamata PCSK9, che promuove il colesterolo “cattivo”. Una singola iniezione ha ridotto i livelli di questo tipo di colesterolo nelle scimmie di circa il 70%.
Altre terapie di editing epigenetico stanno entrando nella fase di sperimentazione clinica. A gennaio, nChroma ha iniziato a somministrare le prime dosi di un silenziatore epigenetico sperimentale contro il virus dell’epatite B a persone con infezione cronica. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, si stima che 240 milioni di persone in tutto il mondo siano affette da epatite B cronica, che può causare insufficienza epatica e cancro. Esiste un vaccino, ma i dati del 2019 suggeriscono che il 15% dei bambini in tutto il mondo non riceve il ciclo vaccinale completo e un numero crescente di genitori in paesi come gli Stati Uniti lo rifiuta per i propri figli a causa di informazioni sanitarie errate.
A peggiorare ulteriormente la situazione, i farmaci attualmente disponibili non sono in grado di eliminare completamente l’epatite B dall’organismo, poiché il patogeno ha un asso nella manica: frammenti del suo genoma si integrano nel DNA di una persona e, da lì, generano proteine che alterano la risposta immunitaria contro di esso.
Fonte: Nature