Sindrome di Rett-Immagine Credit Public Domain-
La sindrome di Rett è un raro disturbo dello sviluppo neurologico progressivo che colpisce tipicamente le ragazze, causando grave disabilità intellettiva, perdita delle capacità motorie e sintomi simili all’autismo, e attualmente non esiste una cura.
La sindrome di Rett è causata da una mutazione con perdita di funzione nel gene del cromosoma X MECP2. Le femmine in genere hanno due copie di MECP2, una su ciascun cromosoma X e nella maggior parte dei casi di sindrome di Rett, solo una copia ha la mutazione. La malattia si verifica perché l’altra copia normale di MECP2 viene disattivata nei neuroni mediante un processo chiamato inattivazione del cromosoma X.
In un articolo pubblicato sulla rivista Science Translational Medicine il 18 gennaio, Rudolf Jaenisch, membro fondatore del Whitehead Institute, Professore assistente del Columbia University Medical Center Shawn Liu, precedentemente postdoc nel laboratorio di Jaenisch; studente laureato nel laboratorio di Liu Junming Qian e il postdoc nel laboratorio di Liu, Xiaonan Guan, mostrano di poter riattivare le normali copie di MECP2 nei neuroni della sindrome di Rett in laboratorio e che questo può effettivamente ripristinare la funzione neuronale.
I ricercatori hanno ottenuto questo risultato utilizzando un paio di strumenti CRISPR modificati che hanno progettato per aiutare a riattivare i geni silenziati. I ricercatori sperano che questa strategia possa essere sviluppata in una terapia di successo per la sindrome di Rett.
“Abbiamo visto che i neuroni della sindrome di Rett hanno una copia normale del gene della malattia, che è stato incidentalmente spento, come un’opportunità”, dice Jaenisch, anche Professore di biologia al Massachusetts Institute of Technology. “I nostri risultati indicano che la riattivazione di questa copia del gene potrebbe essere una buona strategia terapeutica”.
Modificare CRISPR per attivare i geni
CRISPR/Cas9 è uno strumento molecolare che i ricercatori utilizzano per modificare i geni. Quando Liu era un postdoc nel laboratorio di Jaenisch, lui e colleghi hanno sviluppato una modifica a CRISPR/Cas9 che attivava o disattivava i geni invece di modificarli. Lo strumento lo fa rimuovendo i gruppi metilici, etichette chimiche che si attaccano al DNA e influenzano l’espressione genica. I ricercatori hanno utilizzato il loro strumento per ripristinare i neuroni affetti dalla sindrome dell’X fragile, un disturbo dello sviluppo neurologico che causa disabilità intellettiva principalmente nei ragazzi, rimuovendo la metilazione dal gene della malattia, FMR1.
Liu voleva applicare lo strumento ad altre malattie. Ha messo gli occhi sulla sindrome di Rett perché ha alcune somiglianze con la sindrome dell’X fragile ed è un disturbo dello sviluppo neurologico causato da una mutazione di un singolo gene – ma ha anche presentato una nuova sfida: riattivare un gene da un cromosoma X inattivo.
L’inattivazione del cromosoma X è un processo che si verifica normalmente nelle cellule di persone con due cromosomi X durante lo sviluppo. Queste cellule hanno il doppio delle copie di cui hanno bisogno della maggior parte dei geni del cromosoma X, il che significa che se entrambe le copie rimangono attive i geni saranno sovraespressi. Pertanto, ogni cellula silenzia i geni su una copia del cromosoma X, prelevandone una copia a caso. Per le persone con sindrome di Rett, ciò significa che in circa la metà dei loro neuroni, la copia normale di MECP2 viene silenziata, lasciando attiva solo la versione mutata. I neuroni colpiti hanno corpi cellulari più piccoli e un’attività elettrica atipica, che porta ai sintomi della sindrome di Rett.
La sfida che Liu e il suo team hanno dovuto affrontare per riattivare le normali copie di MECP2 è che l’inattivazione del cromosoma X è un sistema imposto molto potente nelle cellule e più strati di meccanismi silenziano i geni per prevenirne la sovraespressione. Quando i ricercatori hanno applicato il loro strumento ai neuroni della sindrome di Rett, rimuovendo la metilazione che silenzia MECP2, questo ha aumentato in qualche modo l’espressione del gene, ma non è stato sufficiente per ripristinare la normale attività nei neuroni. I ricercatori hanno ipotizzato che avrebbero dovuto contrastare almeno uno degli altri meccanismi che silenziano i geni del cromosoma X per ripristinare efficacemente i neuroni affetti dalla sindrome di Rett.
Vedi anche:Sindrome di Rett: terapia genica rallenta la progressione
Due strumenti sono meglio di uno
Un insieme di geni del cromosoma X ha fornito un indizio; questi geni non sono influenzati dall’inattivazione del cromosoma X , quindi entrambe le loro copie rimangono attive. I geni escapee sono spesso delimitati da proteine CTCF. CTCF può funzionare come un isolante che aiuta a isolare le regioni del genoma in modo che la regolazione genetica in una regione possa essere separata dalla regolazione nelle regioni vicine. Nel caso delle fughe del cromosoma X, le molecole CTCF probabilmente le isolano dal vicino silenziamento genico.
Il team ha modificato ancora una volta CRISPR, questa volta in modo da aggiungere CTCF ai punti di ancoraggio che circondano MECP2. Invece di accoppiare CRISPR con la proteina Cas9 come suo partner di editing, lo hanno accoppiato con la proteina Cpf1. Ogni proteina utilizza una sequenza genetica diversa per riconoscere le posizioni che dovrebbe prendere di mira, il che ha permesso ai ricercatori di combinare i due strumenti CRISPR senza che interferissero l’uno con l’altro. La combinazione di rimozione della metilazione e aggiunta di CTCF non solo ha aumentato sostanzialmente l’espressione di MECP2, ma ha anche riportato i neuroni alle dimensioni normali e all’attività elettrica. I risultati indicano che questo approccio può ripristinare funzionalmente i neuroni affetti dalla sindrome di Rett.
Il laboratorio di Liu sta ora testando gli strumenti in un modello murino della sindrome di Rett, per vedere se possono ripristinare il comportamento normale. I ricercatori stanno anche lavorando su come rendere gli strumenti disponibili negli esseri umani, in modo che un giorno possano essere utilizzati per curare i pazienti. Mentre i ricercatori si concentrano sul portare avanti il loro lavoro sulla sindrome di Rett, sperano che altri laboratori utilizzino il loro kit di strumenti per affrontare altre malattie legate all’X.
“Può essere molto divertente sviluppare fantasiosi strumenti molecolari”, dice Liu, “ma la ricerca diventa molto più significativa quando capisci come applicare quegli strumenti in contesti di malattia, in modi che possono avere un impatto positivo sulla società. Questo è qualcosa che Rudolf ha sottolineato quando mi sono allenato nel suo laboratorio e mi motiva ogni giorno”.
