(Distrofia muscolare di Duchenne-Immagine Credit Public Domain).
Gli scienziati della UT Southwestern hanno utilizzato con successo un nuovo tipo di terapia genica per trattare i topi con distrofia muscolare di Duchenne (DMD), utilizzando esclusivamente strumenti basati su CRISPR-Cas9 per ripristinare un’ampia sezione della proteina distrofina che manca in molti pazienti con DMD.
L’approccio, descritto oggi online sulla rivista Science Advances, potrebbe portare a un trattamento per la DMD e favorire il trattamento di altre malattie ereditarie. “Sono state identificate migliaia di mutazioni diverse che causano la Duchenne, ma tendono a raggrupparsi in alcune parti del gene della distrofina“, dice Eric Olson, Ph.D., Professore e Presidente fondatore, Biologia molecolare, UT Southwestern oltre che leader dello studio. Alcune di queste mutazioni causano la produzione della versione meno funzionale della proteina distrofina. “Il potere del nostro metodo è che non hai bisogno di una nuova strategia di modifica genetica per ogni paziente con una nuova mutazione; puoi correggere più mutazioni diverse con un approccio consolidato”. Olson e i suoi colleghi hanno approfittato del fatto che l’enorme gene della distrofina è composto da molti segmenti diversi, chiamati esoni, alcuni dei quali sono superflui. In circa l’8% dei ragazzi con DMD, quasi la metà della proteina distrofina manca a causa di mutazioni all’interno dell’esone 51 che inducono il corpo a interrompere la produzione di proteine. I ricercatori hanno sviluppato diverse strategie di modifica del gene nucleotidico CRISPR-Cas9 per saltare il segnale di “arresto” errato, ripristinando la produzione del 97% della proteina. Alcune strategie funzionavano rimuovendo gli esoni vicini, mentre altre utilizzavano minuscole aggiunte o sottrazioni genetiche per riportare la produzione di proteine in carreggiata.
Quando i ricercatori hanno utilizzato il nuovo approccio nei topi con mutazioni della distrofina, le copie funzionanti della distrofina sono tornate a più della metà di tutte le fibre muscolari delle gambe entro tre settimane. Inoltre, il gruppo ha dimostrato di poter utilizzare cellule isolate di topi o esseri umani con DMD per verificare se l’approccio avrebbe avuto successo per un particolare paziente prima del trattamento.
Le cellule isolate vengono indotte a svilupparsi in cellule staminali pluripotenti indotte (cellule iPS) e quindi in cellule cardiache. In un piatto di laboratorio, i ricercatori possono osservare se il programma di modifica genetica aiuta le cellule cardiache a funzionare meglio. “Utilizzando cardiomiociti derivati da cellule iPS da pazienti con DMD, abbiamo testato rapidamente i nostri approcci di editing genico nucleotidico, dimostrando il recupero della proteina distrofina”, afferma Francesco Chemello, Ph.D., ricercatore post-dottorato nel laboratorio Olson e primo autore dell’articolo.
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La DMD colpisce circa un maschio su cinquemila alla nascita e porta a un progressivo peggioramento della debolezza muscolare nella prima infanzia. La malattia è causata da una delle oltre 7.000 mutazioni diverse nel gene della distrofina, una proteina che normalmente funge da impalcatura per supportare le fibre muscolari. Senza distrofina completamente funzionale, i muscoli scheletrici e cardiaci delle persone con DMD degenerano nel tempo, portando infine alla morte.
La terapia genica riportata nello studio non è ancora pronta per gli esseri umani con DMD. Per prima cosa sono necessari ulteriori studi sulla sicurezza negli animali, nonché ulteriore lavoro per ottimizzare il virus che trasporta il meccanismo di modifica genetica nei muscoli e nelle cellule cardiache. Ma dimostrando che più strategie CRISPR-Cas9 possono correggere una mutazione, i ricercatori hanno ampliato la cassetta degli attrezzi delle potenziali opzioni di terapia genica per la distrofia muscolare di Duchenne.
“Ogni cellula del corpo umano ha 3 miliardi di lettere di sequenza di DNA nel suo genoma e questo metodo rende possibile correggere grandi delezioni nel gene DMD scambiando specificamente una di queste lettere“, dice Olson. “Questo livello di specificità ed efficienza è notevole“.
