I ricercatori del Baylor College of Medicine hanno sviluppato una tecnologia per regolare efficacemente l’espressione genetica, suggerendo una soluzione promettente per colmare le attuali lacune nelle applicazioni cliniche della terapia genica. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature Biotechnology. Proprio come un medico adatta la dose di un farmaco alle esigenze del paziente, anche l’espressione dei geni terapeutici, quelli modificati in una persona per trattare o curare una malattia tramite la terapia genica, deve essere mantenuta entro una finestra terapeutica.
La finestra terapeutica
Rimanere all’interno della finestra terapeutica è importante poiché una quantità eccessiva di proteina potrebbe essere tossica e una quantità troppo piccola potrebbe comportare un effetto terapeutico minimo o nullo. Sebbene il principio della finestra terapeutica sia noto da molto tempo, sinora non esisteva alcuna strategia per implementarlo in modo sicuro, limitando le potenziali applicazioni della terapia genica in clinica.
“Sebbene esistano diversi sistemi di regolazione genica utilizzati nelle cellule di mammifero, nessuno è stato approvato dalla Food and Drug Administration statunitense per applicazioni cliniche, soprattutto perché questi sistemi utilizzano una proteina regolatrice estranea al corpo umano, che scatena una risposta immunitaria contro di essa“, ha spiegato Laising Yen, professore associato di patologia e immunologia e di biologia molecolare e cellulare alla Baylor e autore corrispondente.
“Questo significa che le cellule che esprimono la proteina terapeutica verrebbero attaccate, eliminate o neutralizzate dal sistema immunitario del paziente, rendendo la terapia inefficace“, ha proseguito Yen. Per oltre un decennio, Yen e i suoi colleghi hanno lavorato su questa tecnologia e ora hanno trovato una via per superare i principali ostacoli al suo utilizzo clinico.
“La soluzione che abbiamo trovato non prevede una proteina regolatrice estranea che evochi una risposta immunitaria nei pazienti, ma piccole molecole che interagiscono con l’RNA, che in genere non scatenano una risposta immunitaria“, ha detto Yen. “Anche altri gruppi hanno tentato di risolvere questo problema critico, ma le concentrazioni di farmaco utilizzate sono superiori a quelle approvate dalla FDA per i pazienti“, ha continuato e ha aggiunto: “Noi siamo riusciti a ingegnerizzare il nostro sistema in modo tale da farlo funzionare al dosaggio approvato dalla Fda“.
L'”interruttore dei geni”
Il gruppo di ricerca ha, dunque, sviluppato un sistema che attiva i geni a livelli diversi a seconda delle necessità, utilizzando piccole molecole a dosi approvate dalla Fda. L’interruttore è posizionato nell’Rna, la copia del materiale genetico che viene tradotto in una proteina. Questo approccio consente ai ricercatori di controllare la produzione della proteina un passo indietro, controllando così il suo Rna. Quindi, l’Rna di interesse viene ingegnerizzato in modo da contenere un segnale polyA aggiuntivo, simile a uno “stop” che i geni usano naturalmente per marcare la fine di un gene.
Quando il macchinario della cellula rileva un segnale polyA nell’Rna, effettua automaticamente un taglio e definisce il punto di incisione come la fine dell’Rna. “Nel nostro sistema, usiamo il segnale polyA aggiunto non alla fine, ma all’inizio dell’Rna, in modo che il taglio distrugga l’Rna e quindi non vi sia produzione di proteine“, ha osservato Yen. “È spento finchè non lo attiviamo con la piccola molecola“, ha continuato.
Per attivare il gene al livello desiderato, la squadra di ricerca ha progettato un interruttore sull’Rna. Gli scienziati hanno modificato una sezione dell’Rna vicino al segnale polyA in modo che potesse legarsi a una piccola molecola, in questo caso la tetraciclina, approvata dalla Fda. “Quando la tetraciclina si lega a questa sezione che funge da sensore sull’Rna, maschera il segnale polyA e l’Rna viene tradotto in proteine“, ha affermato Yen.
In futuro, in pazienti che hanno ricevuto una terapia genica che fornisce un gene per compensare un gene malfunzionante che causa una condizione medica, il gene ricevuto sarà dotato di un interruttore che consente al medico di controllare la produzione della proteina terapeutica.
Come funziona
Se il paziente necessita solo di una piccola quantità di proteina terapeutica, assumerà solo una piccola dose di tetraciclina, che attiverà il gene terapeutico solo in minima parte. Se il paziente ha bisogno di una maggiore quantità di proteina terapeutica, assumerà una dose maggiore di tetraciclina per aumentarne la produzione. Per interrompere la produzione della proteina terapeutica, il paziente smetterà di assumere la tetraciclina.
In assenza di tetraciclina, l’interruttore tornerà alla posizione predefinita di spegnimento. Alcune malattie possono trarre beneficio dalla presenza di bassi livelli costanti di proteina terapeutica. In questo caso, la tecnologia ha la flessibilità di preregolare il livello predefinito a livelli specifici di espressione della proteina, mantenendo l’opzione di aumentare l’espressione con la tetraciclina. “Questa strategia consente una maggiore precisione nel controllo dell’espressione genica di una proteina terapeutica“, ha notato Yen.
Risultati e aspettative sui geni
“Permette di regolarne la produzione in base agli stadi della malattia o di adattarla alle esigenze specifiche dei pazienti, il tutto utilizzando la dose di tetraciclina approvata dalla FDa“, ha detto Yen. “Il nostro approccio non è specifico per una malattia, ma può teoricamente essere utilizzato per regolare l’espressione di qualsiasi proteina e potenzialmente ha molte applicazioni terapeutiche. Inoltre – ha aggiunto Yen – questo sistema è più compatto e più facile da implementare rispetto alle tecnologie esistenti. Pertanto può essere molto utile anche in laboratorio per attivare o disattivare un gene di interesse per studiarne la funzione“, ha concluso.
