La mutazione del gene C9orf72, che causa l'abnorme ripetizione di sequenze GGGGCC, era stata in passato associata a due malattie neurodegenerative, la Sclerosi Laterale Amiotrofica e la Demenza Fronto-Temporale, ma senza conoscerne il vero significato. Oggi, un nuovo studio chiarisce il meccanismo d'azione puntando il dito sull'RNA.
Nel settembre del 2011, ricercatori della Johns Hopkins University e dell'NIH di Bethesda identificarono una mutazione del gene C9orf72 come una delle cause principali di due malattie neurodegenerative: la Sclerosi Laterale Amiotrofica e la Demenza Fronto-Temporale. La mutazione consisteva nella amplificazione di una mini-sequenza (GGGGCC) all’interno del gene, ma gli autori al tempo non furono in grado di chiarire come le centinaia di ripetizioni di questa sequenza contribuissero allo sviluppo di malattie neurodegenerative. A distanza di quasi due anni, ricercatori della Emory University hanno chiarito cosa si celi dietro la ripetizione di GGGGCC: i risultati del loro studio, pubblicati sulla rivista PNAS, dimostrano che il colpevole è l’RNA prodotto a partire da queste sequenze ripetute, in grado di legare ed inattivare una proteina fondamentale per lo sviluppo neuronale.
Sclerosi Laterale Amiotrofica e Demenza Fronto-Temporale: un’origine comune?
La Sclerosi Laterale Amiotrofica, conosciuta in italiano con la sigla SLA, è una patologia altamente invalidante e fatale: i motoneuroni delle persone affette vanno incontro ad una progressiva degenerazione che, con il tempo, compromette sempre più la capacità di muoversi, parlare e respirare. Altrettanto gravi sono gli effetti della Demenza Frontotemporale, anche se in questo caso è il comportamento a subire gli effetti più gravi, con un progressivo deterioramento della personalità e del linguaggio. Nonostante le manifestazioni diverse, le due malattie condivinono numerosi tratti patogeni, tanto da convincere gli scienziati che all’origine ci sia un unico comune denominatore. Ipotesi che è stata recentemente avvallata dalla scoperta di una mutazione del gene C9orf72.
Una mutazione per due malattie
Già in passato altre mutazioni erano state associate sia alla SLA che alla demenza frontotemporale, suggerendo una comune origine per entrambe le malattie. Ma la mutazione del gene C9orf72 ha fin da subito suscitato un interesse particolare nei ricercatori. La maggior parte dei pazienti di SLA e demenza frontotemporale non ha una chiara familiarità: i casi si presenta infatti in modo sporadico, rendendo difficile per gli scienziati riprendere le fila genetiche della malattia e risalire alla loro origine. Rispetto a tutte le mutazioni caratterizzate in passato, la mutazione del gene C9orf72 ha qualcosa di diverso: identificata per la prima volta nel 2011, questa mutazione rappresenta la più comune causa genetica di SLA e demenza fronto-temporale, rendendo conto da sola di circa il 5-7% dei casi.
Schema rappresentativo della mutazione del gene C9orf72: in rosso, evidenziata la zona in cui si presenta, nella forma mutata, l'amplificazione abnorme della sequenza di sei nucleotidi GGGGCC. Se nella forma normale questa sequenza presenta dalle 2 alle 23 amplificazioni, negli aindividui affetti da SLA e Demenza fronto-temporale il numero di sequenze aumenta fino a 700-1600 volte. (Immagine: http://blogs.als.net/post/2011/09/23/C9ORF72-Silence-Is-Not-Golden.aspx)
Identificare la mutazione alla base di una malattia di origine genetica è il primo, fondamentale passo per comprenderne l’origine. Ma conoscere la mutazione di per sé non basta: è necessario capire come essa intervenga nel processo patogenetico, quello che fa sì che a causa di quella semplice mutazione le funzioni di un tessuto vengano stravolte al punto da causare l’insorgenza della malattia. Molte mutazioni portano ad un’alterazione della proteina prodotta: un aminoacido diverso è a volte sufficiente a stravolgere completamente la struttura tridimensionale di una proteina o la sua capacità di interagire do altre proteine o enzimi fondamentali per lla sua funzione. Ma non sembrava essere questo il caso del gene C9orf72. Quando i ricercatori sono andati a studiare la proteina prodotta dalla versione mutata di C9orf72 si sono accorti con un po’ di disappunto che la proteina era assolutamente uguale alla versione “normale”. In altre parole, la mutazione c’era, ma di per sé non causava alterazioni significative nella proteina. Ma allora? Che cosa faceva sì che la mutazione di C9orf72 portasse alla SLA e alla demenza frontotemporale?
Dito puntato sull’RNA
Questa domanda sembra avere ottenuto finalmente una risposta. Come riassunto nello studio pubblicato su PNAS, gli effetti della mutazione di C9orf72 non sono da ricercare nella proteina, ma in una sequenza di DNA ripetitivo che va ad amplificare di centinaia di volte la sequenza GGGGCC contenuta nel gene. Questa amplificazione non va quindi a perturbare la sequenza della proteina, ma porta alla iper-produzione di RNA. In passato, altri studiosi avevano suggerito che questo RNA desse origine ad una proteina anomala che, accumulandosi nei neuroni, finisse per interferire con il loro normale funzionamento. Ma i ricercatori dell’Università di Emory sembrano avere una spiegazione alternativa: non sarebbe tanto la proteina ad essere tossica per la cellula, quanto l’RNA stesso. Inducendo artificialmente la produzione di questa lunga stringa di RNA in motoneuroni di Drosophila melanogaster, i ricercatori hanno infatti documentato una riduzione significativa delle capacità motorie del moscerino. L’effetto “tossico” dipenderebbe dalla capacità dell’RNA di legare la proteina Pur-alpha (che si lega alla sequenza GGGGCC), sequestrarla ed inattivarla. Purtroppo per Drosophila, la proteina Pur alpha è indispensabile per lo sviluppo neuronale e la sua inibizione va ad interferire con le funzioni neuro-motorie: un loop patogenetico che si autoalimenta fino a portare alla malattia conclamata.
Ci sarebbe però una via di uscita: gli scienziati hanno infatti osservato che, inducendo nei motoneuroni di Drosophila una iper-produzione di proteina Pur-alpha, è possibile contrastare gli effetti tossici dell’RNA anomalo. Questo studio non solo contribuisce ad indentificare il meccanismo patogenetico di SLA e demenza fronto-temporale, ma indica anche la strada per un possibile approccio terapeutico: bloccare l’effetto dell’RNA tossico o e la sua capacità di interagire con Pur-alpha potrebbero rivelarsi soluzioni efficaci per contrastare l’avanzamento della malattia.