L’editing del gene CRISPR rivela il meccanismo biologico alla base della comune malattia del sangue

I ricercatori dell’UNSW hanno utilizzato l’editing genetico CRISPR – un tipo di “forbici molecolari” – per capire come le delezioni in un’area del genoma possono influenzare l’espressione dei geni vicini. Il lavoro, guidato dalla professoressa associata dell’UNSW Kate Quinlan e dal professor Merlin Crossley, insieme a collaboratori statunitensi, aiuterà i ricercatori a studiare nuovi approcci terapeutici per una delle malattie genetiche del sangue più devastanti al mondo: l’anemia falciforme.

I risultati del team sono stati pubblicati oggi sulla rivista accademica sangue. Proprio la scorsa settimana, A/Prof. Quinlan e il prof. Crossley ha ricevuto una sovvenzione di collegamento ARC di $ 412.919 per finanziare una collaborazione tra UNSW Sydney e CSL che fa seguito al lavoro descritto in questo documento.

“L’anemia falciforme e la beta talassemia, una malattia strettamente correlata, sono condizioni genetiche ereditarie che colpiscono i globuli rossi. Sono abbastanza comuni in tutto il mondo: ogni anno nascono oltre 318.000 bambini con queste condizioni e i disturbi dell’emoglobina causano il 3% dei decessi nei bambini di età inferiore ai cinque anni in tutto il mondo”, afferma il co-autore principale A/Prof. Quinlan.

Le mutazioni genetiche, in particolare un difetto nel gene della globina adulta, sono responsabili dei disturbi. I geni mutanti influenzano la produzione di emoglobina, la proteina nei globuli rossi che trasporta l’ossigeno intorno ai nostri corpi.

“È interessante notare che quando i bambini nascono, all’inizio non mostrano i sintomi della malattia, anche se hanno le mutazioni, perché in quella fase stanno ancora esprimendo fetale globina e non ancora adulto globo. Questo perché abbiamo diversi geni dell’emoglobina che esprimiamo in diversi stadi di sviluppo”, afferma A/Prof. Quinlan.

“Quando la globina fetale viene disattivata e la globina adulta viene attivata, cosa che accade entro il primo anno di vita, i sintomi iniziano a manifestarsi”.

Quando ciò accade, i globuli rossi assumono forme insolite e falciformi e bloccano i piccoli vasi sanguigni, causando dolore, danni agli organi e morte prematura. La malattia è particolarmente comune nei paesi tropicali e nelle persone provenienti da luoghi in cui la malaria è endemica.

“L’obiettivo della nostra ricerca è scoprire come possiamo invertire il passaggio della globina fetale a quella adulta, in modo che i pazienti continuino a esprimere la globina fetale per tutta la vita, piuttosto che i geni mutanti della globina adulta che fanno sì che le cellule del sangue si irrigidiscano e blocchino i vasi sanguigni”, dice A/Prof. Quinlan.

È interessante notare che questo accade già in alcune persone con anemia falciforme: grazie a un’altra mutazione genetica benefica, un raro sottogruppo di pazienti mantiene il gene della globina fetale “attivo” per tutta la vita e sono protetti dai sintomi delle cellule falciformi.

“In questi pazienti, l’espressione persistente della globina fetale compensa efficacemente la globina adulta difettosa, ma fino a questo pezzo di ricerca non capivamo davvero il processo che ha portato a questo incredibile vantaggio”, A/Prof. dice Quinlan.

“Eliminazione” di geni con CRISPR

Per andare a fondo di ciò che sta succedendo nel genoma di queste persone fortunate, la studentessa di dottorato dell’UNSW Sarah Topfer ha compilato dati sulle rare famiglie che esprimono la globina fetale per tutta la vita.

“Come primo passo, Sarah ha confrontato le delezioni in molti genomi di pazienti diversi, in sostanza, ha cercato di vedere se mancava qualche elemento condiviso in tutti loro”. Cosa hanno in comune questi pazienti? Ha scoperto che una regione molto piccola è stata eliminata nei genomi di tutti questi pazienti”.

Sarah ha quindi utilizzato l’editing del gene CRISPR per replicare alcune di queste grandi delezioni di pazienti – e la piccola parte eliminata che avevano tutte in comune – nelle linee cellulari del laboratorio.

“CRISPR ci consente di ‘tagliare’ frammenti di DNA dalle cellule cresciute in laboratorio, di modificare i geni e vedere cosa succede di conseguenza: è essenzialmente uno strumento per capire cosa fanno i geni all’interno delle cellule viventi”, A/Prof. dice Quinlan.

“Abbiamo scoperto che eliminare solo un po’ era sufficiente per far salire la globina fetale e quella adulta giù, il che suggerisce che abbiamo trovato il meccanismo chiave che può spiegare perché i livelli di globina fetale rimangono elevati in questi pazienti asintomatici”, A/Prof . dice Quinlan.

“In effetti, eliminando la globina adulta ‘on switch’, abbiamo reso attiva la globina fetale ‘on switch’.”

prof. Quinlan dice che i risultati sono stati inaspettati.

“È stato sorprendente vedere i risultati: molte persone hanno studiato queste mutazioni per molti anni, quindi l’idea che ci sarebbe un’ipotesi unificante che potrebbe spiegarle piuttosto che che funzionano tutte attraverso meccanismi diversi sarà sorprendente per il campo.

“Anche se siamo entrati con l’ipotesi che potesse esserci un meccanismo, non ci aspettavamo che uscisse in modo così netto – abbiamo pensato che forse sarebbe stato più complicato di quello che avevamo pensato inizialmente”.

La rivoluzione CRISPR e le potenziali terapie

Co-autore principale prof. Crossley, che è anche vice-cancelliere dell’UNSW, Academic & Student Life, afferma che era impossibile testare questo modello prima dell’avvento dell’editing genetico CRISPR.

“Il nostro gruppo si è specializzato nell’utilizzo di questa nuova tecnologia per comprendere il cambio del gene della globina”, ha affermato il prof. dice Crossley. “L’Australia ora ha un numero significativo di persone con anemia falciforme o talassemia.

“Il lavoro, supportato dal National Health and Medical Research Council, è un importante esempio di come la rivoluzione dell’editing genetico CRISPR stia accelerando la comprensione scientifica e fornirà nuove terapie alla clinica”.

Gli scienziati affermano che il lavoro rivelato oggi sta migliorando la nostra comprensione fondamentale del meccanismo alla base dell’anemia falciforme.

“Quello che ci aiuta davvero a fare è capire questo processo di disattivazione della globina fetale e di attivazione della globina adulta e come potremmo invertirlo, in modo da poter utilizzare questa comprensione del meccanismo per aiutarci a cercare nuovi approcci terapeutici: è un pezzo chiave del puzzle”, A/Prof. dice Quinlan.

Alcuni dei prof. Le precedenti scoperte del team di Crossley nel campo stanno già informando gli studi clinici, utilizzando mutazioni benefiche che hanno scoperto in passato che potrebbero portare a terapie per questi disturbi.

Ai Premi del Premier del NSW 2020 per la scienza e l’ingegneria, il prof. Crossley ha vinto il premio per l’eccellenza nelle scienze biologiche mediche (cellulari e molecolari, mediche, veterinarie e genetiche) per il suo lavoro nel campo.

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