Capire le ultime scoperte della ricerca sulla SMA
(Versione semplificata della discussione sul lavoro del dott. Wirth, Istituto di Genetica Umana, Università di Bonn, Germania)

Questa spiegazione della discussione del dott. Wirth sulle ultime ricerche si propone di aiutare le persone non esperte in materia alla comprensione delle implicazioni scientifiche. Di conseguenza i termini e le spiegazioni sono usati in una forma meno tecnica e più comprensibile.

L'atrofia muscolare spinale (SMA) è una malattia neuromuscolare ereditaria causata dalla delezione e/o mutazione del gene SMN1 (fattore di sopravvivenza dei motoneuroni). Questo gene è responsabile della produzione di una proteina essenziale al corretto funzionamento dei motoneuroni. Le persone mancanti di entrambe le copie del gene SMN1 sviluppano la malattia, mentre i portatori sani sono mancanti di una copia soltanto.

Esiste un gene molto simile al SMN1, chiamato SMN2, che è posseduto anche dalle persone affette da SMA. Purtroppo il gene SMN2 è differente quanto basta per non produrre una quantità sufficiente della proteina. La mancanza di questa proteina causa la degenerazione dei motoneuroni del midollo spinale, portando alla SMA. Non è possibile immettere semplicemente la proteina nel sangue o nel muscolo, oppure mangiarla; essa è prodotta all'interno delle singole cellule per un uso all'interno delle stesse. Tuttavia se il gene SMN2 potesse in qualche modo essere modificato per produrre la proteina in sufficiente quantità, questo porterebbe a un'efficace terapia della SMA.

Per vedere come questo potrebbe essere fatto, occorre capire qualcosa di più in merito alla struttura dei geni e sulla sintesi delle proteine. Normalmente un gene è composto da esoni (la parte più importante del gene, che codifica la proteina) e introni (la porzione non significativa, di "riempimento", che è eliminata nel processo di splicing). Il DNA (che include introni ed esoni) è trascritto in RNA, che in questo primo stadio contiene la stessa struttura esoni-introni del DNA. In un secondo stadio gli introni sono eliminati e gli esoni sono uniti assieme formando il mRNA. L'mRNA codifica la proteina. Le proteine formano, supportano e sostentano le cellule. Ci sono milioni di diverse proteine, ciascuna con un suo preciso utilizzo nei vari tipi di cellule.

Ma in che cosa i due geni, SMN1 e SMN2, sono simili e in che cosa differiscono?
In termini tecnici possiamo dire:
Il gene per la SMN include 9 esoni (1, 2a, 2b, 3, 4, 5, 6, 7, 8). Mentre l'mRNA del gene SMN1 contiene tutti i 9 esoni (full-length SMN1), l'SMN2 produce mRNA che difetta dell'esone 7 (SMN2D7) e quindi la proteina dell'SMN2 è troncata (accorciata). Ma proprio l'esone 7 codifica una parte essenziale della proteina, quella che le consente di legarsi in più copie. Infatti per funzionare correttamente i monomeri SMN (singole copie della proteina) devono legarsi assieme per formare oligomeri (multiple copie della proteina).
In termini semplicistici possiamo dire:
L'SMN2 è privo di una parte molto importante - un determinato esone - che permette alla proteina risultante di unirsi in più copie onde funzionare correttamente.

Nel 1999 il dott. Androphy e il mio gruppo abbiamo identificato il motivo del differente processo di splicing nei geni SMN1 e SMN2. La seguente è una versione semplificata di come siamo riusciti a capire questo complesso meccanismo:
Normalmente all'interno della cellula avviene un complesso meccanismo di formazione dell'RNA dal DNA, con conservazione delle porzioni significative e eliminazione di quelle non significative. Tuttavia, a causa di un singolo errore (uno scambio di nucleotide) nell'esone 7, questo meccanismo non funziona perfettamente e il gene SMN2 produce soltanto circa il 30% della proteina correttamente. Ma questo 30% è identico alla proteina codificata dal gene SMN1.

Le persone con la SMA non hanno copie del gene SMN1, ma posseggono il gene SMN2. Questo significa che nei pazienti SMA la produzione della corretta proteina SMN è molto inferiore che negli individui sani, ma comunque sufficiente per il corretto funzionamento di quasi tutte le cellule del corpo umano, non sufficiente però per i motoneuroni del midollo spinale che degenerano, portando alla debolezza e all'atrofia dei muscoli volontari. C'è inoltre una chiara correlazione tra il numero di copie del gene SMN2 e la severità della malattia: più copie possiede il paziente SMA e più lieve è il fenotipo, cioè meno severa è la malattia (ecco perchè i topi del dott. Burghes, senza il gene SMN1 ma con 8 copie del gene SMN2, non sono affetti dalla SMA).

Fino a questo punto abbiamo fatto solo un discorso preliminare. Ora possiamo parlare delle nuove scoperte!

Il nostro recente studio (Hofmann, Lorson, Stamm, Androphy e Wirth) descrive l'identificazione del primo fattore (o proteina) capace di far produrre al gene SMN2 una quantità maggiore della corretta proteina, l'80% (invece del 30%) di quella prodotta dal gene SMN1. Esso corregge il processo di splicing degli esoni e introni, così l'abbiamo chiamato "fattore di splicing" e l'intero processo "up-regulating full length SMN2 protein".

Il fattore è chiamato Htra2-ß1. E' una proteina presente normalmente nel corpo, ma abbiamo aumentato il suo livello affinchè produca degli effetti. Sappiamo molto su un fattore molto simile (il suo "omologo") e sui suoi effetti nella drosofila (comune animale da laboratorio), ma molto poco degli effetti nell'uomo. Questo fattore è stato finora sperimentato solo su colture cellulari ma può essere utilizzato in test sui topi SMA. Ciò che appunto stiamo cercando di fare.

Dato che tutti i pazienti SMA posseggono almeno una copia del gene SMN2, è sperabile che una terapia basata su queste ricerche abbia successo. Tuttavia è importante tenere bene a mente che tutti gli esperimenti sono stati effettuati solo su colture cellulari. C'è ancora molta strada da fare prima che una terapia basata su questi studi possa essere disponibile.

Approfondimenti:

Come questa ricerca può essere messa in relazione con il lavoro svolto ad Aurora Biosciences?

Per ragioni tecniche, è molto difficile distribuire una proteina o un gene a tutti i motoneuroni che ne abbisognano, e quindi quello di cui abbiamo bisogno è un composto che svolga il lavoro della proteina, oppure che produca la proteina. Un composto che faccia quello che l'Htra2-ß1 fa sulle colture cellulari - cioè l'incremento dell'espressione proteica del gene SMN2 - è un'area di ricerca molto promettente. La tecnologia HTS (high-throughput screening), cioè lo screening ad ampio spettro, di Aurora Biosciences è stata progettata proprio a questo scopo.

Attualmente non possediamo un farmaco che possa influenzare il gene SMN2. Tuttavia questa nuova ricerca ha dimostrato che la completa espressione proteica del gene SMN2 può essere ristabilita (o "incrementata"), precedentemente questa era solo una teoria. Quando troveremo un simile farmaco, avremo una terapia: non si tratta solo di una teoria. Il fattore da noi identificato può fornire un aiuto ad Aurora nel processo di analisi.

E come può essere messa in relazione con i topi SMA?

Questa ricerca ha dimostrato come i fattori di splicing possano alterare il gene SMN2 in modo da comportarsi come l'SMN1. Insieme al dott. Sendtner (Wurzburg, Germania) stiamo lavorando sul modello animale sviluppato dal dott. Burghes per determinare se l'incremento di questo fattore possa correggere la SMA. Questo studio è già in corso e speriamo di poter presentare i risultati il prossimo anno, in questo stesso periodo (agosto 2001 N.d.T.).