Trattamento una tantum genera nuovi neuroni, elimina la malattia di Parkinson nei topi

Immagine: a sinistra: astrociti di topo (verde) prima della riprogrammazione; a destra: neuroni (rossi) indotti da astrociti di topo dopo riprogrammazione con trattamento oligonucleotidico antisenso PTB. Credito: UC San Diego Health Sciences.

Un trattamento una tantum genera nuovi neuroni ed elimina la malattia di Parkinson nei topi secondo ricercatori della la School of Medicine dell’Università di California di San Diego.

Xiang-Dong Fu, Ph.D., non è mai stato più entusiasta di qualcosa in tutta la sua carriera. Ha studiato a lungo la biologia di base dell’RNA, un cugino genetico del DNA, e le proteine ​​che lo legano. Ma una singola scoperta ha lanciato Fu in un campo completamente nuovo: la neuroscienza.

Per decenni, Xiang-Dong Fu, Ph.D e il suo team presso la School of Medicine dell’Università di California di San Diego hanno studiato una proteina chiamata PTB, che è ben nota per legare l’RNA e influenzare quali geni sono “accesi” o “spenti” in una cellula. Per studiare il ruolo di una proteina come la PTB, gli scienziati spesso manipolano le cellule per ridurre la quantità di quella proteina, e quindi osservano cosa succede.

Diversi anni fa, un ricercatore post-dottorato che lavorava nel laboratorio di Fu stava adottando questo approccio, usando una tecnica chiamata siRNA per silenziare il gene PTB nelle cellule del tessuto connettivo noto come fibroblasti. Ma è un processo noioso che deve essere eseguito più volte. Si è stancato di questo e ha convinto Fu che avrebbero dovuto usare una tecnica diversa per creare una linea cellulare stabile che è permanentemente priva di PTB. 

Ma poi ha notato qualcosa di strano dopo un paio di settimane: erano rimasti pochissimi fibroblasti. Quasi l’intero piatto era invece pieno di neuroni.

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In questo modo fortuito, il team ha scoperto che l’inibizione o l’eliminazione di un solo gene, il gene che codifica per PTB, trasforma diversi tipi di cellule del topo direttamente in neuroni.

Più di recente, Fu e Hao Qian, Ph.D., un altro ricercatore post-dottorato nel suo laboratorio, hanno fatto un passo avanti nella ricerca, utilizzandola per quello che un giorno potrebbe essere un nuovo approccio terapeutico per il morbo di Parkinson e altre malattie neurodegenerative . Solo un singolo trattamento per inibire la proteina PTB nei topi ha convertito astrociti nativi, cellule di supporto a forma di stella del cervello, in neuroni che producono il neurotrasmettitore dopamina. Di conseguenza, i sintomi del morbo di Parkinson dei topi sono scomparsi.

Lo studio è stato pubblicato il 24 giugno 2020 su Nature.

I ricercatori di tutto il mondo hanno provato molti modi per generare neuroni in laboratorio, usando cellule staminali e altri mezzi, così possiamo studiarli meglio e usarli per sostituire i neuroni persi nelle malattie neurodegenerative“, ha detto Fu, che è un illustre Professore nel dipartimento di medicina cellulare e molecolare della UC San Diego School of Medicine. “Il fatto che siamo riusciti a produrre così tanti neuroni in un modo relativamente semplice è stata una grande sorpresa“.

Esistono diversi modi per imitare la malattia di Parkinson nei topi. In questo caso, i ricercatori hanno applicato una molecola simile alla dopamina per avvelenare i neuroni che producono dopamina. Di conseguenza, i topi perdono i neuroni produttori di dopamina e sviluppano sintomi simili alla malattia di Parkinson, come difficoltà di movimento.

Il trattamento funziona in questo modo: i ricercatori hanno sviluppato un virus non infettivo che trasporta una sequenza di oligonucleotidi antisenso, un pezzo artificiale di DNA progettato per legare in modo specifico il codice RNA per PTB, degradandolo, impedendogli di essere tradotto in una proteina funzionale e stimolando lo sviluppo del neurone.

Il trattamento una tantum genera nuovi neuroni, elimina la malattia di Parkinson nei topi
In alto: cervello di topo prima della riprogrammazione, con neuroni dopaminergici mostrati in verde. In basso: cervello del topo dopo la riprogrammazione con il trattamento dell’oligonucleotide PTB antisenso, che ha convertito gli astrociti in più neuroni dopaminergici (verde). Credito: UC San Diego Health Sciences

Gli oligonucleotidi antisenso, sono un approccio comprovato per le malattie neurodegenerative e neuromuscolari: il co-autore dello studio, Don Cleveland, Ph.D., ha aperto la strada alla tecnologia che ora costituisce la base per diverse altre terapie attualmente in fase di sperimentazione clinica e che la Food and Drug Administration ( FDA) ha approvato per l’atrofia muscolare spinale. Cleveland è Presidente del Dipartimento di medicina cellulare e molecolare della UC San Diego School of Medicine e membro del Ludwig Institute for Cancer Research, San Diego.

I ricercatori hanno somministrato il trattamento con oligonucleotide antisenso PTB direttamente al mesencefalo del topo, che è responsabile della regolazione del controllo motorio e dei comportamenti premianti, ed è la parte del cervello che in genere perde neuroni produttori di dopamina nella malattia di Parkinson. Un gruppo di topi di controllo ha ricevuto un trattamento simulato con un virus vuoto o una sequenza antisenso irrilevante.

Nei topi trattati, un piccolo sottoinsieme di astrociti si è convertito in neuroni, aumentando il numero di neuroni di circa il 30 percento. I livelli di dopamina sono stati ripristinati a un livello comparabile a quello dei topi normali. Inoltre, i neuroni sono cresciuti e hanno inviato i loro segnali ad altre parti del cervello. Non ci sono stati cambiamenti nei topi di controllo.

Con due diverse misure di movimento e risposta degli arti, i topi trattati sono tornati alla normalità entro tre mesi dopo un singolo trattamento e sono rimasti completamente liberi dai sintomi del morbo di Parkinson per il resto della loro vita. Al contrario, i topi di controllo non hanno mostrato alcun miglioramento.

“Sono rimasto sbalordito da ciò che ho visto”, ha affermato il coautore dello studio William Mobley, MD, Ph.D., illustre Professore di neuroscienze presso la UC San Diego School of Medicine. “Questa strategia completamente nuova per il trattamento della neurodegenerazione dà la speranza che si possano aiutare anche le persone con malattie avanzate”.

Cos’è PTB che fa funzionare tutto questo?

“PTB è una proteina presente in molte cellule”, ha detto Fu. “Ma quando i neuroni iniziano a svilupparsi dai loro precursori, scompare naturalmente. Ciò che abbiamo scoperto è che forzare PTB a scomparire è l’unico segnale di cui una cellula ha bisogno per attivare i geni necessari per produrre un neurone”.

“Certo, i topi non sono persone”, ha ammonito il ricercatore. “Il modello utilizzato dal team non riassume perfettamente tutte le caratteristiche essenziali della malattia di Parkinson. Ma lo studio fornisce una “proof on concept”, ha detto Fu.

Successivamente, il team prevede di ottimizzare i propri metodi e testare l’approccio nei modelli murini che imitano il morbo di Parkinson attraverso cambiamenti genetici. I ricercatori hanno anche brevettato il trattamento con oligonucleotidi antisenso PTB per avanzare verso i test sull’uomo.

“È il mio sogno procedere con studi clinici per testare questo approccio come trattamento per la malattia di Parkinson, ma anche per molte altre malattie in cui i neuroni sono persi, come l’ictus l’ Alzheimer e la malattia di Huntington”, ha detto Fu. “E vorrei sognare ancora di più – e se potessimo scegliere come obiettivo PTB per la correzione di difetti in altre parti del cervello, per trattare cose come difetti cerebrali ereditari? Ho intenzione di passare il resto della mia carriera a rispondere a queste domande”.

Fonte: Medicalxpress