Rallentando i flussi di trasporto cellulare, i ricercatori hanno dato più tempo agli oligonucleotidi antisenso per sfuggire alla degradazione nei lisosomi e agire in modo più efficace
Dentro una cellula, il traffico ricorda quello di un hub di spedizioni: vescicole e molecole viaggiano come pacchi diretti verso “centri di smistamento”, tra cui l’apparato di Golgi e gli endosomi. Qui il contenuto viene controllato e instradato verso altre destinazioni, ma se tutto avviene troppo in fretta anche carichi preziosi – come le terapie basate su acidi nucleici – rischiano di essere etichettati come rifiuti e inviati ai centri di smaltimento cellulare: i lisosomi. In uno studio pubblicato su Nature Communications, un team - che ha unito ricercatori accademici e dell’azienda farmaceutica Roche - ha utilizzato la tecnologia Crispr-Cas9 per individuare i geni che regolano la velocità di questo sistema, scoprendo che rallentarlo può dare più tempo a queste molecole per sfuggire alla degradazione e raggiungere il loro obiettivo terapeutico.
COSA SONO LE TERAPIE "ANTISENSO"
Gli oligonucleotidi antisenso (ASO) sono brevi sequenze di DNA o RNA sintetico progettate per legarsi in modo complementare a specifici RNA messaggeri (mRNA) all’interno della cellula. Questi RNA bersaglio contengono le istruzioni per la sintesi di proteine potenzialmente coinvolte nello sviluppo di patologie: il legame degli ASO all’mRNA ha l’obiettivo di “correggere” il danno bloccando la produzione della proteina nociva.
Gli ASO sono già approvati per il trattamento di diverse malattie genetiche rare, come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e l’atrofia muscolare spinale (SMA), e sono in sperimentazione clinica per patologie neurodegenerative come l’Alzheimer e disturbi neurologici come la sindrome di Dravet.
ASO IN FUGA DAI LISOSOMI
Una volta somministrati, gli ASO entrano nelle cellule tramite processi di endocitosi e vengono immediatamente intercettati dalle vie di traffico intracellulari, che includono l’apparato di Golgi e gli endosomi. Questi ultimi funzionano come centri di smistamento: dirigono le molecole in ingresso verso altre destinazioni, dove subiscono ulteriori elaborazioni.
Negli endosomi, quindi, il destino degli ASO si biforca: possono raggiungere il citoplasma, dove bloccano l’RNA bersaglio e svolgono la loro azione terapeutica, oppure essere instradati verso i lisosomi, i centri di smaltimento cellulari, dove vengono rapidamente degradati.
Il problema è che solo una piccola frazione di oligonucleotidi riesce ad arrivare al target, nella maggior parte dei casi il processo di smistamento è così rapido da lasciare agli ASO troppo poco tempo per attraversare la membrana endosomale e liberarsi nel citoplasma.
CRISPR PER HACKERARE IL TRAFFICO ENDOSOMA
Per affrontare questo limite, i ricercatori - guidati da Anne Spang dell’Università di Basilea (Svizzera) e da Filip Roudnicky di Roche - hanno deciso di intervenire sul “sistema di smistamento” della cellula, con l’obiettivo di individuarne i regolatori e capire come rallentarne il funzionamento. In altre parole, hanno cercato i geni che controllano il circuito negli endosomi, così da “hackerare” il traffico intracellulare e dare agli ASO più tempo per fuggire verso il citoplasma.
Per farlo hanno utilizzato il sistema di editing genetico Crispr-Cas9, “spegnendo” selettivamente alcuni geni e osservando gli effetti sulla cellula. I ricercatori hanno condotto uno screening su larga scala, disattivando migliaia di geni uno alla volta per valutarne l’impatto sull’efficacia degli ASO. Tra i candidati emersi, un ruolo chiave è stato attribuito ad AP1M1, gene che codifica una subunità del complesso adattatore AP1, coinvolto nel trasporto delle vescicole dagli endosomi ai lisosomi. Quando AP1M1 viene disattivato, il processo rallenta e gli ASO restano più a lungo negli endosomi, dai quali è possibile evadere verso il citoplasma invece di essere rapidamente destinati ai lisosomi per la degradazione.
Negli esperimenti condotti sulle colture cellulari e nei modelli animali, questa strategia ha migliorato in modo significativo l’efficacia degli ASO senza aumentare le dosi somministrate. Nei topi, la quantità di ASO attivi nel citoplasma è aumentata in modo significativo, con un miglioramento netto dell’effetto terapeutico.
DALLE TERAPIE A RNA ALLE INFEZIONI BATTERICHE
Il principio di modulare il traffico endosomiale potrebbe estendersi oltre gli ASO. Altre terapie basate su RNA, come gli RNA interferenti (siRNA) o gli RNA messaggeri impiegati nei vaccini e in alcune immunoterapie, entrano nelle cellule attraverso gli endosomi e vengono spesso deviati verso i lisosomi, dove vengono degradati. Allungare il tempo a disposizione per la “fuga” dagli endosomi potrebbe quindi aumentarne l’efficacia.
In natura, alcuni batteri intracellulari sfruttano strategie analoghe per sopravvivere dentro le cellule ospiti: Listeria monocytogenes e Salmonella, ad esempio, manipolano il sistema endosomiale per evitare la degradazione e replicarsi indisturbati. La regolazione del traffico intracellulare è quindi cruciale anche per la sopravvivenza microbica.
Lo studio apre un doppio scenario: da un lato, modulare geni come AP1M1 potrebbe rendere più efficaci ASO e altre terapie a RNA; dall’altro, comprendere come i patogeni manipolano questi percorsi può suggerire nuove strategie anti-infezione.
