SLA-Immagine Credit Public Domain.
In uno studio sulle cellule di quasi 400 pazienti affetti da SLA, i ricercatori del MIT hanno identificato regioni genomiche con modifiche chimiche legate alla progressione della malattia.
Un’analisi ha rivelato un forte segnale differenziale associato a un sottotipo noto di SLA e circa 30 sedi con modifiche che sembrano essere collegate ai tassi di progressione della malattia nei pazienti affetti da SLA.
Per la maggior parte dei pazienti, non si sa esattamente cosa causi la sclerosi laterale amiotrofica (SLA), una malattia caratterizzata dalla degenerazione dei motoneuroni che compromette il controllo muscolare e alla fine porta alla morte.
Precedenti ricerche avevano identificato alcuni geni che conferiscono un rischio maggiore di contrarre la malattia, ma gli scienziati ritengono che ci siano molti altri fattori di rischio genetici che devono ancora essere scoperti. Uno dei motivi per cui è difficile individuare questi fattori è che alcuni si riscontrano in pochissimi pazienti, il che rende difficile individuarli senza un campione molto ampio di pazienti. Inoltre, parte del rischio potrebbe essere determinato da fattori epigenomici, piuttosto che da mutazioni nei geni codificanti le proteine.
Lavorando con il consorzio Answer ALS, un team di ricercatori del MIT ha analizzato le modificazioni epigenetiche – tag che determinano quali geni sono attivati in una cellula – nei motoneuroni derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (IPS) di 380 pazienti affetti da SLA.
Questa analisi ha rivelato un forte segnale differenziale associato a un sottotipo noto di SLA e circa 30 sedi con modifiche che sembrano essere collegate ai tassi di progressione della malattia nei pazienti con SLA. I risultati potrebbero aiutare gli scienziati a sviluppare nuovi trattamenti mirati a pazienti con determinati fattori di rischio genetici.
“Se le cause profonde sono diverse per tutte queste diverse versioni della malattia, i farmaci saranno molto diversi e i segnali nelle cellule IPS saranno molto diversi”, afferma Ernest Fraenkel, Professore di scienze e tecnologia della salute a Grover M. Hermann. Dipartimento di Ingegneria Biologica del MIT e autore senior dello studio. “Potremmo arrivare a un punto tra un decennio o giù di lì in cui non pensiamo nemmeno alla SLA come a una malattia, dove ci sono farmaci che trattano tipi specifici di SLA che funzionano solo per un gruppo di pazienti e non per un altro”, dice Stanislav Tsitkov, postdoc del MIT e autore principale dell’articolo, pubblicato il 2 maggio sulla rivista Nature Communications.
Trovare i fattori di rischio
La SLA è una malattia rara che si stima colpisca circa 30.000 persone negli Stati Uniti. Una delle sfide nello studio della malattia è che mentre si ritiene che le varianti genetiche rappresentino circa il 50% del rischio di SLA (con fattori ambientali che costituiscono il resto), la maggior parte delle varianti che contribuiscono a tale rischio non sono state identificate.
Analogamente alla malattia di Alzheimer, può esserci un gran numero di varianti genetiche che possono conferire rischio, ma ogni singolo paziente può portarne solo un piccolo numero. Ciò rende difficile identificare i fattori di rischio a meno che gli scienziati non abbiano una popolazione molto ampia di pazienti da analizzare.
“Poiché ci aspettiamo che la malattia sia eterogenea, è necessario avere un gran numero di pazienti prima di poter cogliere segnali come questo. Per essere davvero in grado di classificare i sottotipi di malattia, avremo bisogno di esaminare molte persone”, afferma Fraenkel.
Circa 10 anni fa, il consorzio Answer ALS ha iniziato a raccogliere un gran numero di campioni di pazienti, il che potrebbe consentire studi su scala più ampia che potrebbero rivelare alcuni dei fattori genetici della malattia. Dai campioni di sangue, i ricercatori possono creare cellule staminali pluripotenti indotte e poi indurle a differenziarsi in motoneuroni, le cellule più colpite dalla SLA.
“Non pensiamo che tutti i pazienti affetti da SLA saranno uguali, così come non tutti i tumori sono uguali. E l’obiettivo è riuscire a trovare i fattori scatenanti della malattia che potrebbero essere bersagli terapeutici”, afferma Fraenkel.
In questo studio, Fraenkel e i suoi colleghi volevano vedere se le cellule derivate dai pazienti potevano offrire qualche informazione sulle differenze molecolari rilevanti per la SLA. Si sono concentrati sulle modifiche epigenomiche, utilizzando un metodo chiamato ATAC-seq per misurare la densità della cromatina nel genoma di ciascuna cellula. La cromatina è un complesso di DNA e proteine che determina quali geni sono accessibili per essere trascritti dalla cellula, a seconda di quanto è densa la cromatina.
Nei dati raccolti e analizzati nel corso di diversi anni, i ricercatori non hanno trovato alcun segnale globale che differenziasse chiaramente i 380 pazienti affetti da SLA nel loro studio dagli 80 soggetti sani di controllo. Tuttavia, hanno trovato un forte segnale differenziale associato a un sottotipo di SLA, caratterizzato da una mutazione genetica nel gene C9orf72.
Inoltre, hanno identificato circa 30 regioni associate a tassi più lenti di progressione della malattia nei pazienti affetti da SLA. Molte di queste regioni si trovano vicino a geni legati alla risposta infiammatoria cellulare. È interessante notare che molti dei geni identificati sono stati implicati anche in altre malattie neurodegenerative, come il morbo di Parkinson.
“È possibile utilizzare un piccolo numero di queste regioni epigenomiche e osservare l’intensità del segnale lì, e prevedere quanto velocemente progredirà la malattia di qualcuno. Ciò convalida davvero l’ipotesi secondo cui l’epigenomica può essere utilizzata come filtro per comprendere meglio il contributo del genoma di una persona”, afferma Fraenkel.
“Sfruttando il numero molto elevato di campioni partecipanti e i dati estesi raccolti dal consorzio Answer SLA, questi studi sono stati in grado di testare rigorosamente se i cambiamenti osservati potrebbero essere artefatti legati alle tecniche di raccolta, conservazione, elaborazione e analisi dei campioni o riflettere veramente importanti aspetti biologici“, afferma Lyle Ostrow, Professore associato di neurologia presso la Lewis Katz School of Medicine della Temple University, che non è stato coinvolto nello studio. “Hanno sviluppato metodi standard per controllare queste variabili, per garantire che i risultati possano essere confrontati accuratamente. Tali studi sono incredibilmente importanti per accelerare lo sviluppo della terapia per la SLA, poiché consentiranno di analizzare insieme i dati e i campioni raccolti da diversi studi”.
Farmaci mirati
I ricercatori sperano ora di studiare ulteriormente queste regioni genomiche e di vedere come potrebbero guidare diversi aspetti della progressione della SLA in diversi sottogruppi di pazienti. Ciò potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare farmaci che potrebbero funzionare in diversi gruppi di pazienti e aiutarli a identificare quali pazienti dovrebbero essere scelti per gli studi clinici su tali farmaci, sulla base di marcatori genetici o epigenetici.
L’anno scorso, la Food and Drug Administration statunitense ha approvato un farmaco chiamato Tofersen, che può essere utilizzato nei pazienti affetti da SLA con una mutazione in un gene chiamato SOD1. Questo farmaco è molto efficace per quei pazienti che costituiscono circa l’1% della popolazione totale delle persone affette da SLA. La speranza di Fraenkel è che si possano sviluppare più farmaci e testarli su persone con altri fattori genetici della SLA.
“Se avessi un farmaco come il Tofersen che funziona per l’1% dei pazienti e lo somministrassi a un tipico studio clinico di fase due, probabilmente non avresti nessuno con quella mutazione nello studio, e questo avrebbe fallito. E così quel farmaco, che è salvavita per le persone, non sarebbe mai riuscito a diffondersi”, dice Fraenkel.
Il team del MIT sta ora utilizzando un approccio chiamato analisi QTL (Quantitative Trait Locus) per cercare di identificare sottogruppi di pazienti affetti da SLA la cui malattia è determinata da specifiche varianti genomiche.
“Possiamo integrare la genomica, la trascrittomica e l’epigenomica, come un modo per trovare sottogruppi di pazienti con SLA che hanno firme fenotipiche distinte da altri pazienti con SLA e controlli sani”, afferma Tsitkov. “Abbiamo già ottenuto alcuni potenziali successi in quella direzione”.
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La ricerca è stata finanziata dal programma Answer SLA, che è supportato dal Robert Packard Center for ALS Research presso la Johns Hopkins University, Travellers Insurance, ALS Finding a Cure Foundation, Stay Strong Vs. ALS, Answer ALS Foundation, Microsoft, Caterpillar Foundation, American Airlines, Team Gleason, National Institutes of Health degli Stati Uniti , Fishman Family Foundation, Aviators Against ALS, AbbVie Foundation, Chan Zuckerberg Initiative, ALS Association, National Football League, F. Prime, M. Armstrong, Fondazione Bruce Edwards, Fondazione di beneficenza Judith e Jean Pape Adams, Associazione per la distrofia muscolare, Fondazione Les Turner ALS, PGA Tour, Gates Ventures e Fondazione Bari Lipp.
Questo lavoro è stato sostenuto, in parte, anche da sovvenzioni del National Institutes of Health e del programma di borse di ricerca Gertrude B. Elion del MIT-GSK per la scoperta di farmaci e le malattie.
Fonte: Nature Communications
