Amiotrofia: meccanismi più chiari

a cura di Paolo Poggi

Concludiamo in questo numero la nostra intervista a più voci rivolta a chi è impegnato in prima persona nella ricerca sull'amiotrofia spinale, una ricerca che può contare anche sul sostegno di varie associazioni.

Ai nostri quesiti rispondono questa volta Leigh A. Skordis, del Laboratorio di Miopatologia dell'Hammersmith Hospital di Londra (diretto da Francesco Muntoni), Judith Melki, responsabile del Laboratorio di Neurogenetica Molecolare dell'Inserm di Parigi (gruppo di ricerca che nel 1995 ha identificato il gene dell'amiotrofia spinale), Irena Hausmanowa Petrusewicz (Varsavia) e, dall'India, Balraj Mittal, di Nuova Delhi.

Richiamiamo brevemente, attraverso le parole di Leigh A. Skordis, alcuni caratteri delle amiotrofie spinali e dei meccanismi che stanno alla base del loro manifestarsi.

"Nella patogenesi dell'amiotrofia spinale (SMA) sono coinvolti due geni quasi identici, l'SMN1 e l'SMN2, che producono proteine chiamate SMN (Survival Motor Neuron), essenziali per la sopravvivenza dei motoneuroni. Prima che la proteina venga prodotta dai geni SMN, avviene un processo detto di splicing, tramite il quale vengono rimossi gli introni, cioè le parti non codificanti della molecola di RNA messaggero (mRNA) del gene e unite le parti codificanti, dette esoni. Questo RNA viene poi convertito in proteine".

"Il gene SMN2 - continua Skordis - contiene una differenza nella sequenza dell'esone 7 che distrugge il sito di legame per una proteina di splicing detta SF2/ASF, richiesta perché il meccanismo di splicing riconosca gli esoni. Questo fa sì che l'esone 7 del gene SMN2 sia ignorato dal meccanismo di splicing e che abbia quindi origine una proteina SMN incompleta. Nelle persone con amiotrofia spinale, il gene SMN1 è assente o mutato, determinando così un'insufficiente produzione di proteina SMN, che il gene SMN2 non è in grado di compensare. E tuttavia quest'ultimo è in grado di produrre una minima quantità di proteina SMN completa ed è stato dimostrato che tanto maggiore è il numero delle copie del gene SMN2 in un paziente, tanto più lieve è il fenotipo dell'amiotrofia. Da ciò si è ipotizzato che aumentando la quantità di proteina SMN completa prodotta dal gene SMN2, i sintomi possano essere attenuati o forse anche ottenere un certo recupero nei soggetti affetti. La grande somiglianza dei geni SMN1 e SMN2 e il fatto che tutti i pazienti SMA possiedano almeno una copia del gene SMN2 rende questo gene un sistema ideale per tentare un approccio terapeutico".

"Noi però - ha dichiarato Balraj Mittal - ci siamo imbattuti nel caso di un paziente i cui geni SMN1 erano intatti, ma mancava una copia dei geni SMN2. Si tratta di un caso raro che non può essere esteso alla maggioranza dei pazienti affetti da amiotrofia e tuttavia esso ci è stato di aiuto per comprendere meglio la funzione dei geni SMN".

Risultati promettenti

"Le nostre ricerche - riprende Skordis - hanno come obiettivo quello di incrementare la produzione di una proteina SMN completa a partire dal gene SMN2, modificandone il pattern di splicing. A tale scopo abbiamo creato geni SMN1 e SMN2 `artificiali', con lo stesso splicing dei geni `veri'. Uno degli esperimenti più promettenti tra quelli condotti finora impiega oligonucleotidi antisense che consistono di brevi tratti di RNA che abbiamo costruito in modo che essi leghino l'esone 7 del gene SMN2.

E' stato dimostrato precedentemente che un'altra proteina di splicing (Htra2-beta1), se è superespressa nelle linee cellulari, è in grado di aumentare l'inclusione dell'esone 7 nella proteina prodotta dal gene SMN2. Partendo da questo dato, la regione di coda dei nostri oligonucleotidi antisense contiene sequenze genetiche in grado di attrarre proteine quali Htra2-beta1 e SF2/ASF. Si spera che portando queste ultime vicino all'esone 7 di SMN2, esso sia riconosciuto più frequentemente nel processo di splicing e quindi venga maggiormente incluso nel prodotto. Questo dovrebbe in sostanza determinare una maggiore produzione di proteina SMN completa, da parte di SMN2. Fino ad ora siamo riusciti ad aumentare l'inclusione dell'esone 7 in un sistema privo di cellule ed esperimenti preliminari condotti su cellule di pazienti affetti da SMA sono abbastanza promettenti".

Il modello murino

Per studiare le malattie si utilizzano spesso i modelli animali. A volte patologie umane sono spontaneamente presenti in natura oppure esse vengono indotte. Nel caso dell'amiotrofia spinale, dopo molti tentativi è stato possibile indurre la malattia, modificando opportunamente il patrimonio genetico del topo (modello murino). Il difetto genetico è stato inoltre indotto in modo specifico: cioè solo nelle cellule neuronali (modello neuronale) oppure solo in quelle muscolari, nel tentativo di capire che cosa accade nella SMA.

L'individuazione e la caratterizzazione dei modelli murini sono stati i risultati più importanti raggiunti in Francia in quest'ultimo periodo. "Tali studi - sostiene Judith Melki - saranno fondamentali per chiarire gli aspetti fisiopatologici della SMA e per avviare trial terapeutici. Il modello molto vicino alla forma di amiotrofia nell'uomo è quello neuronale, nel quale cioè il difetto genico viene indotto solo nel motoneurone. Tramite le nostre ricerche abbiamo potuto appurare che la morte delle cellule del motoneurone è una manifestazione tarda della malattia; abbiamo inoltre constatato una lieve riduzione del numero di motoneuroni a fronte di una marcata diminuzione degli assoni motori. Si è infine osservato un processo degenerativo assonale che coinvolge sia gli assoni prossimali che quelli distali e si è potuto studiare il coinvolgimento del muscolo scheletrico nell'amiotrofia spinale".

La biologia molecolare

Un notevole aiuto alla comprensione dei meccanismi patologici delle SMA - e di conseguenza al loro superamento - potrà venire dalla biologia molecolare. E' questa l'opinione del gruppo di ricerca guidato da Irena Hausmanowa Petrusewicz, una delle pioniere degli studi sull'amiotrofia spinale.

"Il mio interessamento alle SMA - ci ha raccontato - è scientifico ma anche umano: da una parte mi ha stimolato allo studio il fatto che la malattia sia molto selettiva, cioè colpisca solo il motoneurone del complesso muscolare, dall'altra il fatto che sia una malattia così devastante, che colpisce soprattutto i bambini, spesso appena nati. Nei nostri laboratori in Polonia si è approfondito, negli ultimi anni, lo studio della genetica molto peculiare della SMA, il ruolo delle proteine del gene SMN nel processo evolutivo della malattia e la sua partecipazione al metabolismo dell'mRNA. Di qui potranno nascere nuove strade per la ricerca e indicazioni su possibili futuri trattamenti. Credo che la protezione, il potenziamento di maturazione (fattori antiapoptici) e il processo di conversione possano essere utilizzati per trial su pazienti umani".

Terapie e cautela

Quanto alle possibili applicazioni terapeutiche nell'uomo delle ricerche in atto, i ricercatori manifestano una comprensibile cautela, a fronte di un ragionevole ottimismo animato dall'importanza dei risultati fin qui ottenuti.

Nel gruppo londinese di Francesco Muntoni, è previsto l'impiego degli oligonucleotidi che hanno dato maggiori risultati sul modello di topo della SMA, in collaborazione con altri gruppi. "C'è la consapevolezza - afferma Leigh A. Skordis - che le ricerche non porteranno a un risultato immediato per la terapia della SMA, ma certo i nostri dati contribuiranno ad accrescere le conoscenze sul processo di splicing del gene SMN2, che potrebbe infine essere utile per progettare un intervento terapeutico sulla malattia".

La stessa cautela si ritrova nelle parole di Judit Melki. "I trial terapeutici sull'uomo potranno essere limitati quanto a numero, poiché l'amiotrofia spinale è una malattia rara e clinicamente eterogenea. I modelli di topo rappresentano comunque validi strumenti per screening `in vivo' e per la selezione di agenti terapeutici che potrebbero essere poi proposti per trial terapeutici su pazienti umani".

"Al momento - conclude Balraj Mittal - la nostra ricerca non apre alcuna nuova strada alla terapia. E tuttavia il nostro lavoro può essere di qualche aiuto per le persone che stanno già sottoponendosi a dei trial terapeutici, come ad esempio quello col sodio butirrato".

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Articolo tratto da DM 146/147, numero doppio, Settembre/Dicembre 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