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Dott. Michele LufinoA cura del Dott. Michele Lufino per BabelFAmily

Oxford,17 giugno 2010

Molte malattie sono causate da un errore o mutazione nella sequenza di DNA di un gene, rendendolo non funzionale. I geni mutati spesso sono incapaci di generare un prodotto, o proteina, che può risultare essenziale per il corretto funzionamento della cellula. L’atassia di Friedreich è una malattia causata da una mutazione nel gene della fratassina, che ha come risultato la produzione di livelli molto bassi della proteina fratassina, essenziale per la cellula.
La terapia genica è fondata su un concetto relativamente semplice, basato sull’idea che un gene mutato, che risulta nella perdita di una proteina fondamentale, può essere curato grazie all’introduzione nella cellula di una copia “sana” dello stesso gene. Una volta introdotto nella cellula, il gene sano, o transgene, produrrà la proteina funzionante e potrà quindi convertire una cellula malata in una sana e normale.

La terapia genica può essere suddivisa in due gruppi principali chiamati ex vivo e in vivo. Nella terapia ex vivo un campione di cellule viene estratto dal paziente e trattato in laboratorio in maniera tale da avere il transgene al suo interno (queste cellule vengono chiamate cellule trasdotte). Le cellule tradotte a questo punto possono essere reintrodotte nel paziente. Una volta nel paziente, le cellule trattate formeranno parte dello stesso tessuto da cui sono state estratte. Sebbene questa tecnica sia risultata efficace in recenti applicazioni, presenta delle limitazioni. Spesso il tessuto cellulare colpito dalla malattia è formato da cellule incapaci di sopravvivere al di fuori dell’organismo, oppure l’efficienza di impianto delle cellule trattate non è sufficiente a compensare il resto delle cellule mutate presenti nello stesso tessuto. In questo caso si utilizza la terapia in vivo. Questa tecnica è basata sull’introduzione del gene sano direttamente nel tessuto del paziente (p.es. l’iniezione diretta del transgene nei muscoli, nel sistema nervoso ecc.). Poiché il DNA da solo non è efficiente ad entrare in una cellula, virus modificati conosciuti col nome di vettori virali vengono utilizzati per trasportare il transgene direttamente all’interno delle cellule del paziente. I virus vengono considerati macchine altamente specializzate nella penetrazione delle cellule e nella successiva introduzione di molecole di DNA all’interno delle cellule infettate. I vettori virali usati nella terapia genica mantengono la capacità di introdurre sequenze di DNA all’interno delle cellule ma sono incapaci di replicare e di danneggiare l’organismo, poiché la sequenza di DNA virale è stata sostituita dal transgene. Pertanto i vettori virali vengono utilizzati puramente come veicoli capaci di introdurre il transgene in maniera altamente efficiente all’interno delle cellule. A seconda del tipo di vettori virali utilizzati, possono essere presenti effetti collaterali come ad esempio una forte risposta immune da parte dell’organismo verso il virus. Per superare questi ostacoli, sono stati sviluppati metodi non virali per il trasporto del transgene, ma spesso sono caratterizzati da una limitata efficienza di introduzione del transgene nelle cellule e, pertanto, la maggior parte dei protocolli di terapia genica in fase di sviluppo è basata su vettori virali.
Un aspetto importante da tenere in considerazione durante lo sviluppo di vettori virali è il destino del transgene una volta introdotto nelle cellule del paziente. Poiché il transgene da solo è incapace di replicare, cellule in attiva replicazione possono perdere il transgene. Al fine di ottenere un mantenimento stabile del transgene nelle cellule trasdotte, si possono utilizzare due approcci chiamati integrazione del vettore nei cromosomi della cellula e mantenimento extracromosomale. Nel primo caso vettori integranti (come i retrovirus e i lentivirus) inseriscono la loro sequenza di DNA, e pertanto il transgene, all’interno del DNA della cellula (genoma). Come risultato, il transgene diventa parte del genoma del paziente e verrà replicato a ogni divisione cellulare rimanendo a tempo indefinito nella cellula trasdotta. Nonostante rappresentino un modo efficiente di conservazione del transgene, i vettori integranti possono inserire il transgene in un sito sbagliato del genoma, interrompendo altri geni e causando trasformazione cellulare (tumore). Il mantenimento extracromosomale del vettore descrive invece la presenza del vettore come un’entità fisica indipendente dal genoma del paziente, ma capace di replicazione propria. Quando la cellula trasdotta replica, il transgene presente in forma extracromosomale replica a sua volta, persistendo nella cellula e fornendo la proteina mancante nel tessuto affetto dalla malattia. Questo approccio permette il superamento dei rischi associati all’uso di vettori integranti, ma fornisce al tempo stesso il mantenimento nel tempo del transgene nella cellula trasdotta.
Diversi approcci di terapia genica studiati per la cura dell’atassia di Friedreich si stanno testando in cellule e modelli animali dell’atassia di Friedreich (animali che mostrano i sintomi caratteristici di questa malattia). Uno studio basato sull’utilizzo di vettori integranti che trasportano il gene sano della fratassina ha dimostrato un’efficiente introduzione del transgene nelle cellule, ma anche un’alta tossicità dovuta probabilmente a una produzione alta e non regolata della proteina fratassina. Vettori basati sul virus non integrante herpes simplex 1 si sono dimostrati capaci di indurre un fenotipo sano in modelli animali che ripropongono i sintomi dell’atassia di Friedreich. Al  momento sono in fase di sviluppo nuovi vettori virali capaci di fornire una produzione regolata di fratassina, che sembra un aspetto essenziale per la produzione di fratassina a lungo termine.
La terapia genica è altamente promettente nel trattamento di malattie neurodegenerative come l’atassia di Friedreich. La possibilità di curare pazienti in modo permanente tramite l’introduzione del gene sano della fratassina nei tessuti affetti dalla malattia rappresenta un approccio potente e al tempo stesso semplice per sviluppare trattamenti per l’atassia di Friedreich. Sarà importante superare alcuni limiti rappresentati dal disegno e dall’efficienza di introduzione del transgene all’interno dei tessuti affetti dalla malattia, ma i vantaggi che la terapia genica può offrire superano di gran lunga le sue limitazioni.

Il dottor Michele Lufino è un giovane ricercatore che lavora a Oxford nel laboratorio di Neurodegenerazione molecolare e di Terapia Genica diretto da Richard Wade-Martins. Il dottor Lufino sta sviluppando vettori disegnati sia per lo studio dell’atassia di Friedreich che per lo sviluppo di applicazioni di terapia genica.