Una nuova strategia per il trattamento di una varietà di malattie note come disturbi dell'espansione della ripetizione dell'RNA, che colpiscono milioni di persone, ha mostrato risultati promettenti nei test di prova del principio condotti dagli scienziati di Scripps Research.

I risultati suggeriscono che un giorno, una manciata di farmaci ben mirati potrebbe essere in grado di trattare gli oltre 40 disturbi umani, tra cui la malattia di Huntington e le varianti della sclerosi laterale amiotrofica (SLA), che derivano da espansioni ripetute dell'RNA.

"Questo studio getta le basi per lo sviluppo di farmaci in grado di affrontare più malattie a espansione ripetuta prendendo di mira strutture anormali condivise sui loro RNA, " dice il ricercatore principale dello studio Matthew Disney, dottorato di ricerca, professore di chimica presso Scripps Research.

Nelle malattie da espansione ripetuta dell'RNA, i geni mutanti contengono DNA in eccesso sotto forma di dozzine o addirittura centinaia di brevi sequenze ripetute di "lettere" di DNA. Nelle cellule in cui questi geni mutanti sono attivi, che il DNA viene copiato in molecole di RNA sulla strada per essere tradotto in proteine. Gli RNA anormali risultanti possono causare problemi in vari modi, ad esempio ripiegandosi in strutture tossiche per le cellule.

Nello studio, pubblicato in Biologia chimica cellulare , gli scienziati hanno dimostrato che una potenziale molecola farmacologica che hanno sviluppato può neutralizzare l'RNA tossico che causa due distinti disturbi dell'espansione ripetuta, distrofia miotonica 1 (DM1) e distrofia corneale endoteliale di Fuchs (FECD). Nel secondo caso, può farlo con un meccanismo inaspettato ma potente.

Malattie genetiche che hanno un disperato bisogno di cure

Si stima che DM1 interessi circa 140, 000 persone negli Stati Uniti. Può manifestarsi ovunque, dall'infanzia all'età adulta. E anche se non sempre riduce la durata della vita, porta spesso una serie di sintomi debilitanti tra cui debolezza muscolare e dolore, cataratta, e problemi respiratori e gastrointestinali. Il disturbo è causato da una copia mutante di un gene chiamato DMPK, i cui RNA contengono da dozzine a centinaia di ripetizioni delle lettere dell'RNA "CUG".

FECD, che provoca un danno progressivo alla cornea dell'occhio che spesso richiede il trapianto di cornea, ha una prevalenza relativamente alta; gli studi suggeriscono che si manifesta in almeno diverse percentuali delle persone caucasiche di età superiore ai 50 anni. Il disturbo è causato da una versione mutante di un gene chiamato TCF4, i cui RNA contengono anche ripetizioni CUG anormalmente lunghe.

Questi disturbi derivano da diversi geni mutanti, e di conseguenza compaiono in diversi tipi di cellule, ma coinvolgono praticamente lo stesso meccanismo tossico:in ogni caso, l'inclusione di una sequenza anormalmente lunga di ripetizioni CUG fa sì che l'RNA copiato dal gene formi strutture che sono "appiccicose" a certe altre proteine ​​​​nella cellula, e catturarli efficacemente, impedendo loro di svolgere il proprio lavoro nella cella. L'esaurimento di una di queste proteine ​​catturate, MBNL1, è una causa particolarmente importante di danno cellulare e sintomi in DM1 e FECD.

Risultati incoraggianti nei test preclinici

Per il nuovo studio, Disney e il suo team hanno utilizzato metodi computazionali avanzati per progettare una piccola molecola organica che si lega selettivamente agli RNA di espansione CUG anomali trovati nelle cellule affette da MD1 e FECD, impedendo a questi RNA di catturare MBNL1.

Per valutare e migliorare la molecola, il team ha utilizzato uno strumento unico che avevano sviluppato in precedenza, Chem-CLIP competitivo, che ha permesso loro di testare la capacità della loro molecola di riconoscere selettivamente strutture di espansione CUG tossiche.

Il team ha dimostrato che nelle cellule in coltura derivate da pazienti con DM1, così come in un modello animale della malattia, la loro molecola di progettazione migliorata ha ridotto con successo l'esaurimento di MBNL1 e la perdita della sua funzione.

Nelle cellule FECD, la molecola del farmaco ha anche funzionato per prevenire i segni di malattia, ma questa volta da un meccanismo diverso e potenzialmente più potente. Nelle cellule FECD, la mutazione genetica che causa la malattia si verifica in una parte non codificante del gene chiamata introne. Normalmente, gli introni quando vengono copiati nell'RNA vengono tagliati fuori dall'RNA quasi immediatamente e degradati dai sistemi di smaltimento nella cellula. Nella FECD, la presenza dell'espansione CUG-repeat impedisce l'escissione dell'introne interessato. Però, Disney e il suo team hanno scoperto che la loro molecola consente l'asportazione, in modo che l'elemento RNA anomalo non venga semplicemente bloccato ma distrutto.

Il targeting di RNA tossici con piccole molecole organiche che possono essere messe in forma di pillola è stato generalmente molto impegnativo, finora, note Disney, ma la scoperta in questo studio indica la promettente possibilità di utilizzare tali molecole non solo per bloccare gli RNA cattivi ma per innescare la loro distruzione.

"Se un farmaco provoca la distruzione di un RNA tossico invece di limitarsi a bloccarlo, allora l'effetto dovrebbe essere più duraturo, " lui dice.

Dopo aver eseguito la loro dimostrazione di principio, lui e la sua squadra, che include una startup biotech, Terapia di espansione, stanno continuando a sviluppare la molecola testata nello studio come potenziale trattamento farmacologico per DM1 e FECD.

I ricercatori stanno anche adottando un approccio simile nello sviluppo di potenziali trattamenti farmacologici per le malattie da espansione ripetuta dell'RNA che coinvolgono ripetizioni CAG, che includono il disturbo neurologico progressivo e fatale noto come malattia di Huntington.

Disney osserva che l'approccio computazionale del suo gruppo alla scoperta di farmaci, rispetto ai metodi tradizionali che prevedono lo screening di grandi insiemi, o biblioteche, di molecole, offre loro un grande vantaggio:"La nostra capacità di eseguire la progettazione assistita dal calcolo ci consente di ottenere rapidamente i composti iniziali, e provali velocemente, "Dice Disney.