In che modo il silenziamento genico può fornire cure

La capacità di silenziare selettivamente i geni attraverso una tecnica chiamata interferenza dell'RNA (RNAi) ha rivoluzionato la biologia. Quando i ricercatori danno a una cellula in laboratorio una copia di RNA a doppio filamento di un gene specifico, la cellula impedirà l'espressione della sua copia nativa di quel gene. I ricercatori possono ora studiare la funzione di qualsiasi gene silenziandolo con l'RNAi e quindi monitorando l'impatto sulle operazioni di una cellula. Le terapie basate sulla tecnica per combattere malattie come la degenerazione maculare sono attualmente in fase di sperimentazione clinica (vedi Terapie RNAi in fase di sviluppo ).

L'interferenza dell'RNA è stata scoperta per la prima volta da Andrew Fire e Craig Mello attraverso il loro lavoro sui vermi C. elegans, mostrato sopra. (Credito: James King-Holmes / Biblioteca fotografica scientifica)

L'RNAi è stato osservato per la prima volta nelle piante di petunia nel 1990 dai ricercatori della DNA Plant Technology Corporation, a Oakland, in California, ma all'epoca non sapevano come o perché fosse successo. Nel 1998, gli scienziati guidati da Andrea Fuoco , ora professore di patologia e genetica alla Stanford Medical School, e Craig Mello , ora professore di medicina molecolare presso la University of Massachusetts Medical School, ha caratterizzato il meccanismo del silenziamento genico. I loro meticolosi esperimenti sui vermi hanno dimostrato che il ruolo chiave è l'RNA a doppio filamento. C'erano molti fenomeni inspiegabili che abbiamo iniziato a mettere insieme come un puzzle che sembrava una storia puramente RNA, dice Fire. La coppia ha vinto il Premio Nobel 2006 per la fisiologia o la medicina per il loro lavoro del 1998 su RNAi.

L'RNAi si trova naturalmente, dice Fire, ed è uno degli strumenti delle cellule per regolare l'espressione genica. Il fenomeno sembra svolgere un ruolo nella lotta alle infezioni virali e può anche essere coinvolto nei cambiamenti molecolari che fanno sì che le cellule diventino cancerose. Revisione della tecnologia ha parlato con Andrew Fire del potenziale terapeutico dell'RNAi e del suo attuale lavoro su come il silenziamento genico sia implicato in malattie come il cancro.

Revisione della tecnologia : In termini generali, come funziona l'interferenza dell'RNA?

Andrea Fuoco: Il meccanismo implica fondamentalmente il riconoscimento e la risposta. Quando una cellula vede l'RNA a doppio filamento, la sua prima risposta è di tagliarlo in pezzi, il che è comprensibile dato che l'RNA a doppio filamento è una struttura caratteristica quando i virus si replicano. Se la cellula lo vede, è una buona idea tagliarlo a pezzi. Ma la cellula va un passo oltre. Non solo vuole fare a pezzi la roba, ma vuole andare a cercare qualcosa che gli assomigli, nel caso in cui gli sia sfuggito dell'RNA che ha trovato la sua strada per essere a singolo filamento (la cellula non ha un facile riconoscimento del tempo dannoso di RNA a singolo filamento). Quindi la cellula prende i frammenti di RNA che sono stati sminuzzati e va alla ricerca di cose simili. Se trova qualcosa, lo fa a pezzi. Non solo fa a pezzi una molecola minacciosa, ma usa poi quell'informazione per inseguire cose che sembrano così, per assicurarsi che non venga vittimizzata da una sequenza che proviene da RNA a doppio filamento - RNA a doppio filamento essendo un indicatore per la cellula che una molecola di RNA si sta replicando, perché è allora che passerebbe attraverso la forma a doppio filamento.

Terapie RNAi in fase di sviluppo
MalattiaStadio di sviluppoAziendaDegenerazione maculareInvio agli studi clinici di fase II quest'annoSirna, AcuityVirus respiratorio sinciziale (infezione polmonare)Ingresso agli studi clinici di fase IIAlnylamEpatite viraleDomanda di avvio degli studi cliniciSirnaParkinsonRicerca preclinicaAlnylam

BAMBINI : Pensi che l'interferenza dell'RNA sia nata come un modo per combattere i virus?

DI : La maggior parte delle persone sul campo accetterebbe la proposta, da parte di persone che inizialmente lavorano nelle piante, non di noi, che questo sia un sistema antivirale. Questo è un po' meno chiaro nei sistemi dei mammiferi, ma penso che sarà anche vero. Una delle funzioni dell'intero sistema [RNAi] è antivirale, ma probabilmente ci sono anche altre funzioni e vorremmo conoscere queste funzioni nei vermi.

BAMBINI : Sei coinvolto in una delle startup che sviluppano terapie per l'interferenza dell'RNA?

DI : Solo come cheerleader. Non ho alcun coinvolgimento diretto, ma conosco un sacco di persone ad Alynylam, Sirna, Isis e un paio di altre aziende coinvolte. Mi è piaciuto guardarli. Le persone coinvolte in quelle aziende sono state molto attente a quello che dicono perché non è chiaro se funzionerà l'anno prossimo, se funzionerà la prima prova o la quindicesima, quante volte dovremo tornare nel lab per un determinato obiettivo o una determinata applicazione di malattia per capire davvero le cose di più. Penso che sia il lato tecnico che il personale finanziario siano consapevoli che deve essere un progetto a lungo termine che potrebbe dare frutti a breve termine, ma che probabilmente funzionerà a lungo termine.

Il principio è molto buono. Se riuscissi a portare l'RNA sul bersaglio, potresti avere delle terapie davvero fantastiche. Non che tu possa curare tutto, non che tutto funzioni perfettamente, ma ci sono alcune cose. La consegna è un grosso problema in tutto questo. C'è stato un buon lavoro creativo che è stato fatto, ma ogni volta che viene inventato un nuovo sistema di consegna, o addirittura viene apportata una modifica, questo richiede i propri test clinici per l'efficacia, la sicurezza e la specificità. È qualcosa che rende il lavoro per natura non immediato. Questo non vuol dire che alcune delle prove iniziali in corso non avranno successo, ma penso che tutti noi speriamo che ce ne sia dell'altro in arrivo.

BAMBINI : A cosa stai lavorando adesso?

DI : Stiamo lavorando sui meccanismi di base del silenziamento nel nostro modello preferito, che è ancora il verme, e su come questi meccanismi sono regolati e cosa fanno per l'organismo stesso. [Stiamo anche cercando] eventi di silenziamento genico nella malattia. Ci sono persone qui [a Stanford] che hanno una vasta conoscenza dei diversi dettagli del tessuto normale e malato, e dove potremmo cercare casi specifici in cui la malattia e il trattamento ottimale sono correlati all'impegno del meccanismo di silenziamento genico. Stiamo cercando di capire in casi specifici come [le caratteristiche di un tessuto] siano correlate all'impegno del meccanismo di silenziamento genico. Non vediamo l'ora di provare a trovare esempi in cui capiamo cosa sta succedendo e trovare casi in cui possiamo guidare la terapia o guidare decisioni [di trattamento] intelligenti, in particolare per i tumori, in base al carattere molecolare di alcuni tessuti.

BAMBINI : Puoi darmi un esempio di una malattia in cui è implicato il silenziamento genico?

DI : Il cancro è davvero l'attore principale in quell'area. Molti geni sono ridotti al silenzio nel cancro; questo è noto da un po' di tempo. Questi sembrano coinvolgere meccanismi dipendenti dal piccolo RNA. Alcuni dei tipi di geni che vengono messi a tacere sono coinvolti nel controllo del ciclo cellulare: se zittisci quei geni finisci con cellule che possono diventare maligne. È un fenomeno multi-hit; ci sono molti cambiamenti diversi nelle capacità genetiche delle cellule che si verificano nel cancro. Sembra da risultati preliminari altrove che alcuni dei cambiamenti probabilmente coinvolgano piccoli RNA.

BAMBINI : Il tuo lavoro sul silenziamento genico nelle cellule germinali ha qualche applicazione nella ricerca sulle cellule staminali?

DI : Le cellule germinali [che danno origine a spermatozoi e ovuli] sembrano aver bisogno di mantenersi in funzione sulla base di alcuni meccanismi intrinseci che sono simili ai meccanismi delle cellule staminali. Il meccanismo dell'RNAi sembra essere coinvolto in questo, ma nessuno sa come sia stabilita quella connessione. Ci sono alcuni legami interessanti tra il campo della regolazione dell'RNA e la ricerca sulle cellule staminali. C'è molto interesse per le cellule staminali adulte e come l'RNAi potrebbe essere usato per capirle o per iniziare a smontare i meccanismi responsabili della loro funzione.

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