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Giugno 2007
Una nuova proteina della SMA
a cura di Barbara Pianca
Tentiamo di approfondire con Giorgio Battaglia ed Enrico Garattini, che di recente hanno identificato una nuova proteina prodotta dal gene responsabile dell’amiotrofia spinale, il significato della loro scoperta
Come segnalato in un Ultim’Ora di DM 161, uno studio tutto italiano, condotto presso la Fondazione ICRRS Istituto Neurologico Besta di Milano, in collaborazione con l’Istituto Mario Negri, aveva portato alla scoperta dell’SMN assonale (battezzata a-SMN), proteina mai descritta prima, in grado forse di spiegare il meccanismo d’azione dell’amiotrofia spinale (SMA), non ancora del tutto chiarito.
Cerchiamo ora di approfondire adeguatamente tale notizia, conversando con i due cortesi ricercatori autori della scoperta, Giorgio Battaglia per l’Istituto Besta ed Enrico Garattini per il Mario Negri.
Forse l'anello mancante
Ma in che cosa consiste innanzitutto la scoperta? «Abbiamo identificato una nuova proteina - spiega Garattini - che abbiamo chiamato a-SMN o axonal-SMN, prodotta appunto dal gene responsabile della SMA. Essa si localizza in maniera relativamente specifica a livello degli assoni del motoneurone ed è in grado di attirare la crescita degli stessi. Potrebbe rappresentare l’anello mancante in grado di spiegare la genesi della SMA».
«Infatti - aggiunge Battaglia - da più di dieci anni i ricercatori si chiedono come mai nella SMA muoiano selettivamente i motoneuroni. La nostra ipotesi di lavoro è che muoiano perché sono carenti di a-SMN e per questo essi non riescono a mantenere i loro assoni e a innervare adeguatamente le cellule muscolari in periferia».
In collaborazione con Losanna
A questo punto vien da chiedersi quale siano i prossimi passi da compiere e quali prospettive si possano aprire per il futuro delle terapie sulla SMA.
Secondo Battaglia, «in primo luogo bisognerà verificare l’effettivo significato dell’a-SMN per la genesi della SMA, anche attraverso l’utilizzo di adeguati modelli sperimentali sia di tipo cellulare che animale. In secondo luogo sarà necessario definire i meccanismi molecolari alla base della capacità dell’a-SMN di indurre la crescita degli assoni nel motoneurone».
La prospettiva, dunque, sembra guardare alla terapia genica: «In effetti è così», conferma Battaglia. «Nell’ipotesi che l’a-SMN sia deficitaria nei motoneuroni e che sia necessaria a queste cellule per mantenere gli assoni, l’idea è di restituire ai motoneuroni ciò che non hanno. Ci rendiamo conto che la strada è lunga, ma abbiamo già iniziato a percorrerla attraverso una collaborazione con il gruppo di Patrick Aebischer a Losanna, uno dei maggiori esperti europei di terapia genica che sembra possedere i virus giusti per trasdurre i motoneuroni, ossia per far loro arrivare le informazioni genetiche mancanti. Abbiamo mandato a Losanna i costrutti a-SMN e in questo momento stanno preparando i virus. È nostra intenzione, quindi, testarli già entro il 2007 su topi transgenici SMA. Sarà un grande sforzo e speriamo che, con i finanziamenti appropriati che abbiamo cominciato a richiedere e con le giuste collaborazioni, esso venga coronato da successo. Ciò vorrebbe dire, in tempi non lunghissimi, poter iniziare a trattare anche i bambini affetti».
Speranza e cautela
Com’è noto le forme di SMA sono varie e con diversi livelli di gravità. Potrebbero tutte godere dei benefìci di questa scoperta? «In linea teorica, sì», afferma Battaglia. «Infatti, la maggior parte delle forme cliniche di SMA è legata alla mancanza del gene SMN e quindi una terapia genica con l’a-SMN dovrebbe avere positive conseguenze per tutte. In senso più generale si può dire che ogni forma o condizione clinica con una morte selettiva dei motoneuroni potrebbe trarre beneficio da una proteina che stimoli la crescita assonale».
Dal canto suo Garattini raccomanda comunque molta cautela, sottolineando che «le prospettive terapeutiche sono ancora piuttosto lontane ed è difficile prevedere le applicazioni pratiche della nostra scoperta».
La terza linea di tendenza
Per capire infine perché i due ricercatori ritengano di avere aperto una terza via di ricerca sulla SMA, da sommare alle due già frequentate, cediamo ancora la parola a Giorgio Battaglia.
«Prima della nostra scoperta - che consiste in sostanza nell’identificazione di una seconda proteina responsabile della SMA - si sapeva già che il gene responsabile della malattia, noto dal 1995, produce una proteina detta FL-SMN. Oggi, quindi, una delle principali linee di lavoro della ricerca consiste proprio nello studio della funzione dell’FL-SMN, a livello del nucleo e della maturazione degli RNA messaggeri. Tale percorso è stato tracciato soprattutto dal gruppo di Philadelphia diretto da Gideon Dreyfuss, che non si occupava di SMA e che nel ’96 scoprì per caso il ruolo della proteina FL-SMN a livello nucleare. Si tratta di dati di grande valore scientifico, ma che hanno forse attirato l’attenzione su un aspetto del gene SMN che potrebbe non essere così importante per la genesi della malattia.
Altri scienziati, invece, si stanno concentrando nel trovare la formula per convincere il gene SMN2 (che nella SMA si conserva) a “comportarsi” come il gene SMN1 (la cui mancanza causa la malattia), ai fini di una possibile cura. In linea teorica questo sforzo è condivisibile, ma si è molto concentrato sulla produzione della proteina FL-SMN. Se quest’ultima non fosse direttamente coinvolta nella patogenesi della malattia, ci sarebbe dunque il rischio di non ottenere i risultati sperati nella ricerca di una cura razionale per la malattia. Sono stati fatti o sono in corso dei trial clinici con farmaci che dovrebbero agire in questa direzione, ma i risultati non sembrano essere positivi».
«Oltre alle due linee principali - conclude il nostro interlocutore - vi sono molti laboratori, altri approcci interessanti (staminali, silenziamento genico, diversi tipi di modelli transgenici per la SMA) e tanti validi ricercatori al lavoro a fianco delle associazioni di pazienti che specie negli Stati Uniti sono molto attente a questi aspetti della ricerca. La nostra speranza è che la scoperta dell’a-SMN inizi a creare una terza linea di tendenza - a poco a poco, perché la scienza è tendenzialmente “conservatrice” - e che questo filone di ricerca abbia un futuro luminoso».
Articolo tratto da DM 162 - giugno 2007.
Febbraio 2007
Axonal-SMN (a-SMN), una proteina isoforme del gene survival motor neuron (SMN), è particolarmente implicata nell'assonogenesi
Fondazione Irccs Istituto neurologico Besta, Milano
Istituto farmacologico Mario Negri, Milano
Colpisce un neonato ogni 6 mila. Provoca un’inarrestabile paralisi di tutta la muscolatura scheletrica, e nella sua forma più grave uccide entro i primi due anni di vita, bloccando per sempre il respiro. L’atrofia muscolare spinale (Sma), malattia genetica rara che tuttavia conta una persona portatrice ogni 35 e rappresenta la più comune causa di morte nei bebè al di sotto dei 12 mesi, è tuttora una patologia incurabile. Né esistono terapie in grado di rallentarla. Ma una nuova speranza per i piccoli pazienti arriva da uno studio tutto italiano, pubblicato su ’Pnas’ e condotto dalla Fondazione Irccs Istituto neurologico Besta di Milano in collaborazione con l’Istituto farmacologico Mario Negri del capoluogo lombardo.
Gli scienziati dei laboratori di Giorgio Battaglia (Besta) ed Enrico Garattini (Mario Negri) hanno infatti scoperto una proteina mai descritta prima d’ora: battezzata ’a-SMN’, potrebbe spiegare il meccanismo d’azione della Sma, fino ad oggi ancora misterioso."Questa scoperta apre orizzonti inaspettati per la ricerca sulla Sma - si legge in una nota dell’Istituto Besta - e costituisce un primo, importante passo in avanti nella comprensione della patogenesi della malattia. In un futuro non lontano - ritengono gli autori - le caratteristiche funzionali di questa nuova proteina potrebbero rivelarsi molto utili a nuove strategie terapeutiche".
Il gene della Sma, chiamato SMN1 (Survival Motor Neuron), è stato scoperto sul cromosoma 5 nel 1995, dal gruppo francese guidato da Judith Melki. Il lavoro, pubblicato su ’Cell’, risale dunque a 12 anni fa, ma in tutto questo tempo il meccanismo patogenetico della malattia non era stato ancora chiarito. I malati di Sma presentano infatti l’assenza di entrambe le copie di SMN1, quindi viene loro a mancare la proteina prodotta da questo gene (FL-SMN). Ma la funzione di quest’ultima è legata alla ’traduzione’ dei geni nelle corrispondenti proteine, e non sembra correlata in alcun modo alla malattia, che causa invece la morte selettiva dei neuroni motori. Ora, però, gli scienziati italiani hanno capito che il gene SMN1 produce una seconda proteina: la SMN assonale (a-SMN).
Ed è probabilmente dietro l’assenza di questa nuova proteina che si nasconde il segreto della patologia ’killer’. La a-SMN, infatti, possiede caratteristiche completamente diverse rispetto alla FL-SMN nota finora: è localizzata proprio nelle ’braccia’ (assoni) dei motoneuroni, e quando viene ’inserita’ nei motoneuroni in coltura stimola "prepotentemente" la crescita degli assoni stessi, assicurano gli studiosi. Non solo: "La caratteristiche della a-SMN sono tali da renderla capace di indurre una crescita simil-assonale anche in cellule non neuronali". Da qui la speranza di riuscire, nel prossimo futuro, a studiare cure ad hoc.
Riferimenti: Veronica Setola, Mineko Terao, Denise Locatelli, Stefania Bassanini, Enrico Garattini, Giorgio Battaglia.
A proposito degli assoni
*di Angela Belardinelli
Torniamo a parlare della scoperta dell’SMN assonale, proteina prodotta dal gene responsabile dell’amiotrofia spinale, per approfondire alcuni dati vecchi e nuovi e presentare ai lettori un quadro ancor più completo
La scoperta dell’SMN assonale (a-SMN) - presentata in DM 162 tramite un’intervista ai ricercatori Giorgio Battaglia ed Enrico Garattini - è sicuramente interessante e di grande rilievo, ma per farla comprendere appieno nel suo significato ai lettori, è forse necessaria una serie di premesse riassuntive su concetti-base riguardanti le amiotrofie spinali (SMA), alcuni dei quali già presentati in passato, ma utili comunque da riprendere.
Alcuni elementi noti
Le SMA legate al cromosoma 5 (più del 98%) derivano dalla cosiddetta delezione (assenza) omozigote del gene SMN1 (copia telomerica, ovvero situata all’estremità del gene stesso), alla quale consegue il deficit della proteina SMN completa (full-length, che d’ora in poi chiameremo SMNfl). L’altra copia del gene SMN - detta SMN2 o centromerica (situata al centro del gene) - produce una piccola quota di proteina SMNfl e una prevalente quota di proteina SMN di lunghezza ridotta. A determinare la malattia è dunque la delezione del gene telomerico e poiché i due geni sono uguali in tutto tranne che per cinque nucleotidi e producono diverse quantità di proteina SMNfl, si è dedotto e dimostrato che solo quest’ultima è in grado di causare la SMA.
Si sa anche che la proteina SMNfl è ubiquitaria, ovvero presente non solo nei motoneuroni, ma anche in quasi tutti gli altri tessuti dell’organismo. Proprio da questo deriva uno dei problemi principali relativi alle SMA: perché le manifestazioni cliniche sono relative alla perdita dei motoneuroni, se esse derivano dalla carenza di una proteina ubiquitaria? E di conseguenza, l’SMNfl svolge nei motoneuroni una funzione diversa da quella che svolge nelle altre cellule e tessuti? Oppure i motoneuroni, per il loro ruolo peculiare, sono particolarmente suscettibili alla perdita della proteina suddetta?
Altri fatti certi
Molteplici e autorevoli studi hanno dimostrato poi che la proteina SMNfl svolge un ruolo fondamentale nel cosiddetto metabolismo ribosomiale, contribuendo quindi sostanzialmente alla sopravvivenza cellulare. Da lungo tempo, tuttavia, studi in vitro (su colture cellulari) e anche su modelli animali hanno sollevato il dubbio che tra gli eventi patogenetici delle SMA possa avere un ruolo anche l’interazione tra la parte terminale della fibra nervosa e il muscolo.
Inoltre, dal 2000 in poi vari lavori hanno dimostrato - in modelli animali - che la proteina SMN gioca un ruolo fondamentale anche nella crescita assonale dei motoneuroni (l’assone, lo ricordiamo, è il prolungamento di maggior lunghezza della cellula nervosa). In particolare essa è stata trovata nei cosiddetti coni di crescita (strutture altamente specializzate, site nella parte terminale dell’assone, deputate a dirigere la crescita di quest’ultimo verso la corretta destinazione), sia nelle colture cellulari, sia in vivo e in questa sede non è insieme alle proteine dette Gemin2, che svolgono una funzione estremamente importante nei motoneuroni, proprio insieme ad SMN.
Il fatto quindi che SMN e Gemin 2 non siano insieme negli assoni suggerisce proprio il fatto che in questi ultimi SMN svolga una funzione diversa e specifica.
Va ricordato ancora che negli assoni la proteina SMN ha altri “partner” specifici con cui svolge le sue funzioni, uno dei quali si chiama hnRNP (highly related RNA-binding heterogeneous nuclear ribonucleoproteins R) e fa parte di un gruppo di circa trenta proteine deputate a “legare” il pre-mRNA (RNA messaggero) e l’“m-RNA”, giocando ruoli critici in tutte le fasi successive.
Un recente studio di Wilfried Rossoll, Sibylle Jablonka, Catia Andreassi, Ann-Kathrin Kröning, Kathrin Karle, Umrao R. Monani e Michael Sendtner delle università di Würzburg (Germania) e dell’Ohio (Stati Uniti), ha dimostrato, per concludere, il ruolo della proteina SMN e del suo “partner” hnRNP nella crescita assonale dei motoneuroni.
I dati nuovi
Tornando a questo punto allo studio di Giorgio Battaglia ed Enrico Garattini, esso ha consentito l’individuazione di un ulteriore trascritto del gene SMN1, detto a-SMN, cioè di una proteina specificamente assonale, espressa selettivamente nei motoneuroni in via di sviluppo e prevalentemente localizzata negli assoni, con una specifica funzione sulla crescita dei motoneuroni stessi.
Un primo punto va rilevato rispetto a quanto detto da Battaglia in DM 162, in riferimento alla necessità di «verificare l’effettivo significato dell’a-SMN per la genesi della SMA, anche attraverso l’utilizzo di adeguati modelli sperimentali di tipo animale». Va aggiunto cioè che nel modello animale (murino) è stato dimostrato che, prima della morte del corpo cellulare del motoneurone, si ha una perdita assonale massiva e nel 2006 un lavoro di Jablonka e altri (Londra-Berlino) ha dimostrato che, in forme murine particolarmente severe, perfino alcuni neuroni sensitivi sono coinvolti e mostrano una ridotta crescita assonale. A questo proposito va ricordato che nella patologia umana non vi sono invece alterazioni della sensibilità.
Altro elemento da annotare - al di là dell’importanza indubbia dell’a-SMN - è che anche il ruolo “nucleare” svolto dalla proteina SMNfl è di estrema importanza e che resta molto lavoro da fare per capire quale sia il relativo contributo delle proteine SMNfl e a-SMN nella degenerazione neuronale e quindi nella patogenesi stessa delle SMA.
Considerazioni conclusive
Tutte le scoperte e gli studi di cui si è detto sono di grande importanza scientifica e di enorme valore nell’avanzamento della comprensione dei meccanismi di base delle SMA e tuttavia si tratta di studi condotti in laboratorio, su modelli animali e/o su colture cellulari.
Va dunque tenuto conto delle differenze tra questi modelli e la realtà clinica e - senza mai “spegnere” la speranza - compresa l’enorme importanza di uno studio che progredisca attraverso tappe scientificamente rigorose, affinché i tentativi terapeutici non siano affrettati e quindi inutili (se non dannosi) e condotti solo sotto la spinta dell’inevitabile desiderio che innanzitutto i pazienti, ma anche gli specialisti hanno.
*Fondazione Istituto Neurologico Mondino di Pavia
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