Ricerche

uno studio pubblicato su Nature Neuroscience da ricercatori della Yale School of Medicine (YSM) ci dice che può essere il momento di ripensare alcune mutazioni genetiche associate a due devastanti disturbi neurodegenerativi - sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e demenza frontotemporale (FTD). La SLA è una malattia neurologica devastante con una progressiva degenerazione delle cellule nervose nel cervello e nel midollo spinale. In alcuni casi, la SLA può essere accompagnata da FTD, un tipo di demenza che provoca danni ai lobi temporali e frontali del cervello, con cambiamenti di comportamento, personalità e linguaggio.

Sebbene la causa della maggior parte dei casi di SLA e FTD sia ancora sconosciuta, le mutazioni genetiche hanno un ruolo significativo, in particolare nei casi in cui esiste una storia familiare di questi disturbi. La mutazione genetica più comune nelle popolazioni europee e nordamericane con queste condizioni risiede nel gene C9orf72. È interessante che, a differenza della maggior parte delle mutazioni genetiche che causano malattie umane, la mutazione C9orf72 si trova all'interno di quello che viene chiamato 'introne' del gene.

Gli introni sono in genere considerati regioni 'silenti' in gran parte dei geni del nostro DNA. Mentre sia gli introni che le loro controparti note come esoni vengono inizialmente trascritti nell'RNA, gli introni sono successivamente rimossi durante un processo chiamato splicing (giunzione), lasciando solo gli esoni a formare le trascrizioni mature di RNA messaggero (mRNA) che portano le istruzioni per assemblare le proteine. Pertanto, gli introni non dovrebbero partecipare alla produzione di proteine, ma un'eccezione apparente sta nel C9orf72.

All'interno del primo introne di questo gene, una mutazione fa ripetere centinaia di volte una breve sequenza di DNA. Secondo la tipica comprensione degli introni, queste ripetizioni, se trascritte nell'RNA, dovrebbero essere rimosse dallo splicing e non dovrebbero portare alla produzione di proteine. Ma recenti studi hanno dimostrato che queste ripetizioni producono effettivamente proteine tossiche ripetute che possono accumularsi nel cervello e nel midollo spinale, contribuendo potenzialmente alla neurodegenerazione.

"Queste proteine ripetute possono interferire con una vasta gamma di funzioni cellulari", spiega Suzhou Yang, dottorando del programma di neuroscienze interdipartimentali di Yale e primo autore dello studio. "Ma era finora un mistero come una sequenza intronica, che di solito viene tagliata e degradata, può essere tradotta in queste proteine tossiche".

Ma ora Yang e Junjie Guo PhD, professore associato di neuroscienze alla YSM e autore senior dello studio, hanno scoperto un meccanismo cruciale che aiuta a risolvere questo mistero. Il loro studio ha il potenziale per espandere le possibilità terapeutiche per SLA e FTD e fornire approfondimenti su altre malattie associate a mutazioni simili.

Lo splicing aberrante trasforma gli introni in esoni

Una grande sfida nel comprendere la biologia della mutazione C9orf72 è la grande carenza di molecole di RNA mutanti nelle cellule dei pazienti, non ce ne sono a sufficienza con cui lavorare. Per superare questa sfida, Yang e Guo hanno sviluppato un nuovo metodo per isolare e caratterizzare queste rare molecole di RNA. Ciò ha permesso loro di scoprire un pezzo importante del puzzle sul perché le ripetizioni non sono rimosse dallo splicing: l'introne in questione diventa effettivamente parte di un esone.

Normalmente, il macchinario di splicing della cellula rimuove con precisione gli introni dall'RNA e rimette insieme gli esoni vicini. Ma in questo caso, la presenza delle sequenze ripetute in qualche modo indirizza erroneamente il macchinario di splicing, causando la ritenzione nell'RNA maturo di una porzione dell'introne, comprese le ripetizioni.

"Parte del motivo per cui ci è voluto così tanto tempo per scoprire ciò, è forse nel nostro modo statico di pensare al genoma e all'espressione genica", afferma Guo. "Ma una volta che abbiamo visto la sequenza dell'RNA, questo processo anormale ci è parso immediatamente evidente".

Hanno scoperto che alcuni fattori di splicing precedentemente noti hanno un ruolo nel modellare motivi aberranti di splicing. Inoltre, collaborando con i loro colleghi dell'IPSC-Neurocore nel dipartimento di neuroscienza di Yale, hanno osservato che diversi tipi di cellule portatrici della stessa mutazione, come i fibroblasti cutanei e i motoneuroni, presentano esiti diversi di splicing. Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere appieno come le sequenze ripetute causano lo splicing aberrante del C9orf72.

"È molto probabile che ci siano ulteriori regolatori di splicing specifici-per-tipo-di-cellula che determinano i siti di splicing errati", spiega Guo. "Se riusciamo a identificare questi regolatori, potrebbero diventare potenziali obiettivi per manipolare e invertire questi eventi anormali".

Espandere possibilità terapeutiche per SLA e FTD

Con circa il 10% dei casi di SLA causati da questa mutazione C9orf72, i risultati di Yang e Guo indicano nuove possibilità di trattamento per SLA e FTD. Precedenti lavori sullo sviluppo terapeutico si sono concentrati sull'eliminazione di RNA con ripetizioni C9orf72 al fine di ridurre la produzione di proteine tossiche e rallentare la neurodegenerazione. Uno svantaggio comune degli approcci attuali, tuttavia, è che hanno difficoltà a distinguere tra l'RNA dannoso con ripetizioni e l'mRNA normale che codifica una proteina importante.

I nuovi risultati indicano un nuovo approccio che punta lo splicing fuorviato o l'RNA aberrante risultante. Come prova del principio, i ricercatori hanno progettato molecole che si legano selettivamente alla giunzione splice aberrante, una sequenza unica presente solo nell'RNA con ripetizioni. Lavorando con collaboratori della Mayo Clinic, i ricercatori hanno scoperto che queste molecole hanno effettivamente ridotto gli RNA ripetuti dannosi e i loro prodotti proteici.

"Dal punto di vista terapeutico, riteniamo che questa sia una strategia ampiamente applicabile per identificare sequenze uniche che potrebbero permetterci di progettare candidati terapeutici per colpire selettivamente l'RNA causa-di-malattia", spiega Guo, che indica un'altra lezione importante dello studio: "Dobbiamo essere cauti nel classificare le mutazioni semplicemente secondo i modelli genici esistenti. Perché si è capito che un introne non sempre rimane un introne".