Amiotrofia, ovunque si studia

a cura di Paolo Poggi

In DM 143/144 abbiamo pubblicato un ampio servizio curato da Angela Berardinelli, sui progressi della ricerca nel campo delle amiotrofie spinali (Molte ricerche sulla SMA). In quella sede ci eravamo soffermati soprattutto sulle più recenti scoperte in ambito genetico e clinico e in particolare sui meccanismi di funzionamento dei due geni, SMN1 e SMN2, coinvolti nell'insorgenza della malattia. I risultati raggiunti - per il momento solo in laboratorio - sono il frutto di un vero e proprio fermento di studi specifici su questa patologia, avviati da alcuni anni da gruppi di ricerca in varie università nel mondo.

Per completare l'informazione, in questo numero di DM (e nei prossimi), diamo la parola ad una serie di ricercatori italiani e stranieri impegnati in alcuni dei progetti ancora in corso. Alle nostre domande hanno risposto per primi Christian Lorson, biologo presso l'Arizona State University, Giuseppe Novelli, genetista dell'Università Tor Vergata di Roma ed Eduardo Tizzano, genetista dell'Ospedale Sant Pau di Barcellona.

Una premessa necessaria: per comprendere meglio le risposte qui di seguito pubblicate, riteniamo opportuno ricordare alcune caratteristiche della sintesi proteica, processo costituito da due fasi: la trascrizione, nel corso della quale le due eliche che normalmente costituiscono il DNA del gene vengono separate. Una singola elica viene a quel punto appaiata alle basi dell'RNA, costituendo così l'mRNA (o RNA messaggero); la traduzione, che vede l'mRNA lasciare il nucleo della cellula e portarsi in un "orfanello cellulare", detto ribosoma. E' qui che l'mRNA viene trasformato (tradotto) in tRNA e quest'ultimo viene infine trasferito in una sequenza proteica.

Quando la molecola di mRNA viene sintetizzata a partire dal DNA, gli introni (che sono parti del DNA interposte tra le sequenze che codificano le proteine) vengono trascritti insieme agli esoni (altre parti del DNA, codificanti). Nel cosiddetto processo di splicing, gli introni vengono eliminati e gli esoni uniti tra loro, per dare origine ad una sequenza codificante. Lo splicing è un livello importante per la regolazione dell'espressione genica e in particolare, uno splicing alternativo può dare origine a prodotti proteici funzionalmente diversi, a partire dalla stessa sequenza iniziale. La struttura esone-introne di alcuni pre-mRNA richiede altri segnali perché lo splicing avvenga correttamente.

Gli studi condotti

Ai nostri interlocutori abbiamo chiesto innanzitutto quali siano gli studi condotti dai loro gruppi di ricerca. "Abbiamo di fronte, con chiarezza sempre maggiore - dichiara Christian Lorson - il quadro riguardante i meccanismi di regolazione molecolare del gene SMN nello sviluppo dell'amiotrofia spinale. Ci sono infatti due geni SMN quasi identici, l'SMN1 e l'SMN2 (quelli che producono la proteina detta SMN), dei quali però solo il primo può proteggere dall'insorgere della malattia. Il fatto degno di nota è che essi codificano proteine identiche, ma, a causa di un evento che precede il processo dello splicing, la proteina derivata dall'SMN2 è tronca. Poiché la grande maggioranza dei pazienti SMA presenta almeno una copia del gene SMN2, quest'ultima (identica, come si è detto) è stata al centro di molte ricerche. Se ci fosse infatti un modo per impedire l'aberrante produzione di proteina tronca a partire dal gene SMN2, ci sarebbero alti livelli di proteina normale completa SMN e ciò, presumibilmente, impedirebbe lo sviluppo della malattia. Una maggiore e completa analisi dei fattori richiesti per lo splicing è certamente un traguardo importante. Con altri gruppi di ricerca siamo coinvolti nello sviluppo di tecniche utili a sondare - in analisi su vasta scala - un grande numero di composti/molecole che possono anche impedire il non corretto splicing del gene SMN2. Si tratta di un passo molto importante nella ricerca mirata a sviluppare terapie che impediscano la SMA".

"Il nostro gruppo - annota dal canto suo Eduardo Tizzano - lavora su tre filoni fondamentali. In primo luogo la caratterizzazione del difetto genetico dei pazienti affetti da SMA, mediante l'analisi del gene SMN1 e del suo omologo SMN2. In generale si può dire che i pazienti con SMA abbiano alterazioni nel gene SMN1 e, a seconda del numero di copie del gene SMN2 che possiedono, svilupperanno un diverso tipo di malattia (forma I, II o III). Noi abbiamo individuato aspetti che contribuiscono a spiegare alcuni casi di SMA conseguenti all'unione dell'SMN1 con l'SMN2, creando un gene ibrido, malfunzionante. Stiamo inoltre analizzando il comportamento di SMN1 e SMN2 in quei pazienti che, pur appartenendo allo stesso nucleo familiare e avendo la medesima mutazione (di solito fratelli), presentano un diverso quadro clinico. Per quanto riguarda poi la diagnosi della condizione di portatore, abbiamo analizzato i genitori dei soggetti affetti nelle varie famiglie per fornire adeguata consulenza genetica. Il secondo filone concerne lo Studio del meccanismo patogenetico: si sa infatti che nelle SMA i motoneuroni degenerano e muoiono, ma non si sa né quando né perché ciò accada. Ci proponiamo quindi di stabilire il vero momento d'esordio della malattia e quali siano i geni che contribuiscono alla morte neuronale, quando il gene SMN1 non funziona. Contemporaneamente, stiamo studiando anche l'eventuale ruolo del muscolo nella patogenesi della malattia. Infine, in collaborazione con altri gruppi di neurologi e fisioterapisti del Sant Pau e del Sant Joan de Deu, di Barcellona, oltre che con l'ASEM (la `UILDM spagnola'), abbiamo di recente intrapreso l'organizzazione di un archivio dati delle famiglie con casi di SMA, affinché tutti ricevano le informazioni relative alle scoperte e possano in futuro far parte di trial terapeutici".

Le prospettive

Proprio rispetto ai trial terapeutici, quali sono le prospettive più interessanti? "Non appena le analisi su vasta scala cominceranno ad identificare i composti in grado di modificare lo splicing - riprende Lorson - sarà essenziale capire come e perché i composti stessi agiscono sul processo. Questo dovrebbe aiutare nello sviluppo di composti di seconda generazione che potrebbero essere più specificatamente indirizzati verso un particolare difetto molecolare nel percorso dello splicing. In particolare, alcuni laboratori hanno iniziato degli screening per composti che ricostruiscono adeguatamente l'SMN e tuttavia la strada verso la scoperta del farmaco è molto lunga (e dev'essere preceduta dalle varie fasi in coltura e sugli animali), prima di portare a un qualunque test clinico".

"Negli ultimi anni - segnala Tizzano - vi sono stati effettivamente molti passi in avanti importanti nella conoscenza della SMA e tuttavia non abbiamo ancora una terapia risolutiva per questa malattia. Esistono per altro alcuni farmaci - ciò che resta tutto da verificare con trial specifici - che potrebbero in parte limitare le manifestazioni cliniche, migliorando la qualità della vita dei pazienti. E' possibile che nessuno di tali farmaci sia efficace da solo ed è quindi necessario abituarsi a pensare che un futuro trattamento farmacologico efficace per le SMA sia una politerapia che sfrutterà l'effetto complementare e addizionale di diversi composti. Sarà anche molto importante che gruppi di ricercatori e neurologi possano cooperare in Europa, riunendo pazienti provenienti da vari Paesi".

Terapie e trial

Ma non ci sono ancora troppe domande sulla SMA, per poter pensare di arrivare già ad una terapia efficace? "In effetti - risponde ancora Tizzano - le domande principali cui dobbiamo ancora rispondere sono due: la SMA è una malattia del solo motoneurone o anche del muscolo? E ancora, che cosa succede alle proteine che `collaborano' con il gene SMN? Riguardo al primo quesito, da sempre si era pensato che il muscolo nelle SMA fosse interessato solo secondariamente, come conseguenza della morte dei motoneuroni, ma alcune recenti scoperte (principalmente del gruppo di Judith Melki) inducono a pensare che, al di là del problema motoneuronale, il muscolo contribuisca primariamente allo sviluppo della malattia. Per quanto concerne invece l'altra domanda, va detto da una parte che composti come l'Htra2-beta1, il butirrato di sodio e l'aclarubicina (farmaco antineoplastico) inducono in vitro un incremento della produzione della proteina SMN da parte del gene SMN2. Questi esperimenti vanno approfonditi, dimostrando la possibile efficacia di tali composti nelle persone. Da un'altra parte si deve far riferimento alla metilazione, processo, questo, che modifica normalmente le proprietà di molte proteine, ad esempio attivandone delle funzioni. Ebbene, in base ad una serie di osservazioni, si è ipotizzato che una ridotta metilazione potesse pregiudicare la funzionalità di SMN e quindi che i pazienti affetti da SMA dovessero ricevere un supporto vitaminico. E tuttavia, oltre a non essere mai stata dimostrata nei pazienti una ridotta metilazione, una dieta equilibrata come quella mediterranea fornisce di per sé livelli adeguati di acido folico e di vitamine B12 e B6, mentre un'assunzione ingiustificata di queste sostanza può causare effetti dannosi. Questi e altri rilievi (riguardanti la struttura delle proteine) rendono necessaria molta prudenza e ulteriori evidenze, per non dare alle famiglie false speranze e non costringerle a spese inutili per sostanze che, a dosi elevate, potrebbero anche essere dannose".

E a livello di possibili trial? "Restando nell'ambito dei classici trial in tre fasi - conclude Tizzano - che valutino rispettivamente la tollerabilità, l'efficacia su gruppi limitati di pazienti e l'efficacia su gruppi numerosi, va detto che per la SMA la situazione non è certo facile. Al momento, infatti, lo strumento più diffuso è l'esame della forza muscolare, ma i pazienti di età inferiore ai cinque-sei anni difficilmente collaborano e per questo motivo si sta cercando di mettere a punto un metodo elettromiografico che consenta la quantificazione delle unità motorie come metro di valutazione, metodo indiretto, quest'ultimo, per conoscere lo stato dei motoneuroni. Verosimilmente trial di questo tipo riguarderanno pazienti affetti da SMA II e SMA III, nei quali l'analisi genetica abbia documentato l'alterazione del gene SMN1 e di età superiore ai cinque-sei anni".

A Giuseppe Novelli, che partecipa a un progetto di ricerca sulle SMA, partito circa due anni fa, abbiamo chiesto gli aspetti salienti di quest'ultimo. "Il nostro obiettivo - ci ha raccontato Novelli - è la messa a punto di un protocollo sperimentale di terapia genica per la SMA, utilizzando una tecnica di gene targeting (che consenta cioè una modifica specifica e selettiva di un determinato gene, in questo caso dell'SMN2), denominata SFHR (Small Fragment Homologous Replacement). Attraverso tale metodica - sviluppata inizialmente a San Francisco dal professor Gruenert - è possibile correggere un difetto genetico di base attraverso la sostituzione di alcune basi del DNA che causano la malattia (o la disfunzione) di un gene, senza l'utilizzo di virus. Si tratta di un procedimento molto promettente in alcuni sistemi in vitro per la fibrosi cistica, la distrofia di Duchenne e l'anemia falciforme. Nella prima fase della ricerca si procederà con l'ottimizzazione delle condizioni sperimentali, per ottenere la massima efficienza di correzione del difetto genetico in vitro su linee cellulari di controllo e su cellule staminali di topo. La seconda fase sarà invece effettuata in vivo su modelli animali, al fine di ottenere modificazioni genetiche selettive e valutarne l'effetto funzionale. I risultati potranno fornire un contributo importante per la messa a punto di un protocollo di terapia genica su pazienti affetti da forme medio-lievi di SMA, anche se i tempi della possibile applicazione clinica non sono al momento definibili, come sempre accade nei programmi sperimentali di terapia genica. Serve infatti una conferma in provetta di tipo genetico e funzionale (proteina), quindi una conferma in vivo sugli animali. E tuttavia il rapido progresso scientifico sulle cellule staminali potrà rendere più celere questi studi. Confidiamo molto su questo!".

(1-continua)

Articolo tratto da DM 145 - aprile 2002. DM è un trimestrale edito dalla Direzione Nazionale dell'Unione Italiana Lotta alla Distrofia Muscolare. La Redazione di DM ha sede in: Via P.P. Vergerio, 19 - 35126 Padova, Tel. (049) 8025248 - Fax (049) 8025249 e-mail: redazionedm@eosservice.com