Riassunto dell’intervento della Prof.ssa Elena Cattaneo e dei suoi collaboratori del Cattaneo Lab, Dr.ssa Chiara Zuccato, Dr.ssa Paola Conforti, Dr.ssa Manuela Marullo e Dr.ssa Valentina LoSardo, nell’ambito dell’assemblea annuale organizzata dall’AICH Milano con malati di Corea di Huntington e famigliari, Istituto Neurologico Carlo Besta, Milano 18 Aprile 2009.
A cura di Chiara Zuccato
INDICE
Vivere con il gene Huntington: l’esperienza di Charles Sabine
Avanzamenti della ricerca sul BDNF
BDNF nel sangue del topo Huntington: una misura utile in studi preclinici per l’isolamento di farmaci attivi
Il BDNF nel sangue del paziente Huntington
Disfunzione del colesterolo cerebrale
Altre scoperte in corso
Gli RNA interferenti
La terapia cellulare sostitutiva con le cellule staminali
Discussione
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Vivere con il gene Huntington: l’esperienza di Charles Sabine
L’intervento della Prof.ssa Cattaneo ha inizio con il racconto della testimonianza di un giornalista corrispondente di guerra della NBC news, Charles Sabine, che ha tenuto una conferenza a 600 studenti delle scuole superiori milanesi raccolti presso l’Aula Magna dell’Università degli Studi di Milano, in occasione della giornata di studio sulle cellule staminali organizzata da Unistem, il Centro Interdipartimentale di Studio sulle Cellule Staminali dell’ateneo milanese.
Charles Sabine è un noto corrispondente di zone di guerra o colpite da gravi calamità. E’ stato a Baghdad durante l’ultimo conflitto ed in Thailandia dopo lo tsunami nel dicembre 2004. Ha trascorso gran parte dei due anni prima dell’invasione dell’Iraq nel 2003 in Israele e nei territori occupati. Ha partecipato alla maggior parte delle principali missioni internazionali degli ultimi due decenni in Bosnia, Kosovo, Cecenia, Siria, Haiti, Sud Africa, Ruanda, Zaire, Iran, Irlanda del Nord ed in molti altri paesi “caldi”.
Charles Sabine ha dichiarato pubblicamente la sua familiarità con la Corea di Huntington, parlando dell’esperienza con la malattia del padre e del fratello maggiore. Ha raccontato della sua decisione di sottoporsi al test genetico nel 2005, del suo esito e della decisione di impegnarsi con le associazioni internazionali per promuovere la ricerca sulla Corea di Huntington. Charles diviene un testimonial d’eccellenza proprio per le sue caratteristiche professionali di giornalista e per la sua grande umanità. Durante il suo colloquio agli studenti milanesi trasmette le speranze che ripone nella ricerca, anche in quella che non darà frutti nell’immediato futuro. E’ il caso delle cellule staminali, cellule affascinanti e complesse ancora tutte da scoprire e da analizzare. Sabine sostiene che in ricerca ogni strada deve essere tentata, anche la più ricca di problemi. Confida nella volontà dello spirito umano che è pronto ad affrontare le prove più disarmanti per il bene della società. Esorta a non avere paura di intraprendere percorsi tecnicamente difficili. Sabine ricorda come ogni avanzamento nella conoscenza è un messaggio di speranza, un piccolo bagliore di luce ed un incoraggiamento per lo spirito di chi è malato. Le sue parole arrivano al cuore dei ricercatori e degli studenti che hanno espresso partecipazione e gratitudine per quella sua presenza così energica e carica di risorse.
La Prof.ssa Cattaneo ricorda come le parole di questo pluripremiato giornalista hanno fatto breccia nella comunità scientifica e stanno consolidando pensieri, iniziative e attirando attenzioni nella speranza che tutto volga a favore dei malati e dei loro famigliari.
Avanzamenti della ricerca sul BDNF
Chiara Zuccato, ricercatrice nel laboratorio, con Paola Conforti e Manuela Marullo, entrambe dottorande, ha spiegato gli avanzamenti delle ricerche sul BDNF, fattore importante per i neuroni che muoiono nella Malattia di Huntington.
Nel 2001 il laboratorio ha dimostrato, per la prima volta, che l’huntingtina normale è in grado di sostenere la produzione di un fattore chiamato Brain Derived Neurotrophic Factor(BDNF), proteina cruciale per la sopravvivenza dei neuroni striatali. Nei malati di Corea di Huntington, l’huntingtina mutata non mantiene la produzione di questo fattore, i livelli di BDNF sono ridotti e i neuroni striatali, privati del supporto di sopravvivenza, muoiono. Negli anni successivi, la conferma di questi risultati in molti altri laboratori in tutto il mondo ha posto le basi per considerare la disfunzione del BDNF come una fra le cause responsabili della neurodegenerazione osservata nella Corea. A sostegno di queste ricerche, un ultimo lavoro dimostra che nel cervello dei pazienti Huntington il BDNF è ridotto (Zuccato et al., Brain Pathology 2008). Questi risultati permettono di concludere che nel malato i neuroni degenerano in quanto esposti ad un ambiente meno ricco di BDNF.
La Dr.ssa Zuccato ricorda che sono in fase di studio diverse strategie per aumentare i livelli di BDNF nel cervello Huntington. Spiega che è possibile veicolare il BDNF nel cervello ma, per una somministrazione efficace e duratura, esistono molti problemi da risolvere. Il cervello è protetto dalla barriera ematoencefalica che controlla il passaggio di molecole provenienti dagli altri distretti del corpo. Le proprietà chimico-fisiche del BDNF non consentono il suo passaggio e diffusione attraverso la barriera. Inoltre, il BDNF si degrada molto velocemente. Per risolvere questi problemi gli scienziati stanno sviluppando molecole di sintesi chimica chiamate “mimetici del BDNF” dotate di maggior resistenza alla degradazione e coniugate a trasportatori che consentono l’attraversamento della barriera ematoencefalica. A questo si unisce la necessità di metodi di veicolo non particolarmente invasivi.
La Dr.ssa Zuccato spiega che una strategia alternativa per aumentare i livelli di BDNF si basa sull’uso di farmaci in grado di stimolare la produzione di questa neurotrofina. A tal scopo occorre conoscere il meccanismo attraverso cui l’huntingtina normale sostiene la produzione di BDNF. Il laboratorio della Prof.ssa Cattaneo ha concentrato la sua attenzione sui meccanismi che determinano ridotta produzione di BDNF nell’Huntington e ha svelato nel 2003 un bersaglio per lo sviluppo di farmaci neuroprotettivi. Il bersaglio è una sequenza di DNA all’interno del gene del BDNF. Risultati recenti ottenuti nel 2007 dimostrano che questo meccanismo rappresenta la punta di un iceberg perchè si estende a molti geni che, come il BDNF, hanno questo pezzo di DNA nella loro sequenza. Nella malattia non solo la produzione di BDNF è ridotta, ma mancano altre molecole importanti per i neuroni. La loro assenza causa sofferenza cerebrale estesa a tutte le aree del cervello. Durante l’ultimo anno di lavoro il laboratorio ha dimostrato che l’attività di questa sequenza di DNA è alterata anche nel paziente Huntington (Marullo et al., Brain Pathology 2009). Il bersaglio di DNA è quindi in fase di studio per la produzione di nuovi sistemi per l’isolamento di farmaci che aumentano i livelli di BDNF e di altre proteine neuronali.
BDNF nel sangue del topo Huntington: una misura utile in studi preclinici per l’isolamento di farmaci attivi
Questo importante avanzamento è descritto dalla Dr.ssa Paola Conforti, dottoranda di ricerca. La Dr.ssa Conforti spiega che il BDNF può essere misurato con un test semplice e veloce nel sangue di modelli animali di Malattia di Huntington (topi transgenici che portano il gene malattia). Il BDNF che si trova nel sangue è prodotto dai linfociti e monociti, dalle cellule dei vasi sanguigni e si accumula nelle piastrine. Si ipotizza che il BDNF presente nel sangue partecipi ai processi infiammatori con meccanismi che non sono ancora stati chiariti.
Gli studi evidenziano che i livelli del BDNF nel sangue del topo Huntington diminuiscono con il progredire della malattia e che questa misura nel sangue riflette esattamente la diminuzione di BDNF che si osserva nel cervello dello stesso animale (Conforti et al., Molecular and Cellular Neuroscience, 2008). La Dr.ssa Conforti ha dimostrato che livelli di BDNF nel sangue sono sensibili al trattamento farmacologico con composti che alzano il BDNF cerebrale. Questo significa che è possibile valutare l’attività di nuovi composti nei topi Huntington e predire la loro capacità di stimolare la produzione di BDNF nel cervello facendo semplicemente un test sul sangue.
Il BDNF nel sangue del paziente Huntington
La Dr.ssa Marullo spiega come, sulla base dei risultati spiegati dalla Dr.ssa Conforti, uno degli obiettivi dello scorso anno è stato quello di mettere a punto una metodica che consentisse la misura del BDNF nel sangue del paziente Huntington. Lo scopo è capire se i livelli di BDNF cambino con la progressione della malattia e se la misura del BDNF nel sangue possa divenire un marcatore di malattia e un sensore dell’attività di farmaci.
La Dr.ssa Marullo spiega che la comunità scientifica e medica ritengono sia necessario disporre di marcatori biologici per la Malattia di Huntington perchè le misure cliniche attualmente disponibili non sono sufficientemente sensibili per analizzare lo stato e la progressione della Corea. Inoltre, le scale di valutazione in uso non tengono conto dell’eterogeneità clinica osservata nei pazienti e non forniscono misure appropriate nei pazienti presintomatici.
La misura del BDNF nel sangue dell’uomo si è rivelata molto complessa sia per problemi legati alla raccolta del campione e alla sua conservazione, sia per i metodi di analisi oggi disponibili non particolarmente adatti a tale scopo. E’ tuttavia in questo momento disponibile una tecnica innovativa per la misura sistematica del BDNF nel sangue e si sta procedendo alle analisi con questi nuovi metodi.
La Dr.ssa Marullo termina il suo intervento dicendo che la ricerca di marcatori biologici è possibile anche attraverso tecniche come la risonanza magnetica. Accenna quindi al lavoro svolto dalla Dr.ssa Diana Rosas dell’Università di Harvard che utilizza le nuove tecniche dineuroimaging per rilevare processi neurodegenerativi anche minimi nel corso del tempo. La risonanza magnetica indica che nei soggetti Huntington, oltre alla neurodegenerazione tipica dello striato, si osserva morte neuronale anche in corteccia. La neurodegenerazione corticale è osservata prima della comparsa dei sintomi, aumenta con il passare degli anni e correla con i parametri che definiscono la malattia. Le tecniche di neuroimaging possono quindi rappresentare, insieme alle misure di molecole come il BDNF, un ottimo sistema per seguire a progressione della malattia e l’effetto di nuovi farmaci sulla degenerazione cerebrale.
Disfunzione del colesterolo cerebrale
L’intervento della Prof.ssa Cattaneo si concentra sulla disfunzione del metabolismo del colesterolo nel cervello Huntington scoperta nel suo laboratorio nel 2002. Il colesterolo nel cervello non è correlato con quello presente nel sangue che deriva principalmente dalla dieta. Infatti, il colesterolo che assumiamo con il cibo non attraversa la barriera ematoencefalica. Nel cervello, il colesterolo è prodotto localmente nei primi anni di vita e solo una piccola quota, fondamentale per l’attività dei neuroni, è sintetizzata giornalmente nell’adulto. E’ molto probabile che il disequilibrio di colesterolo cerebrale nei pazienti Huntington sia in parte responsabile della neurodegenerazione. Studi recenti condotti dalla Dr.ssa Marta Valenza hanno dimostrato che la sintesi del colesterolo è significativamente ridotta nel cervello dei topi Huntington. E’ stato inoltre evidenziato il meccanismo alla base di questa disfunzione. La Dr.ssa Valenza sta approfondendo questi studi presso il laboratorio del Prof. Michael Hayden dell’Università British Columbia a Vancouver, esperto di meccanismi alla base della Corea, anche noto lipidologo.
La Prof.ssa Cattaneo spiega che il cervello ha sviluppato meccanismi per mantenere costanti i livelli di colesterolo. Uno di questi prevede la trasformazione del colesterolo cerebrale in eccesso in una molecola chiamata 24-idrossi-colesterolo che è in grado di passare la barriera ematoencefalica e di entrare in circolo. Una recente scoperta, guidata dal Prof. Stefano Di Donato e dalla Dr.ssa Caterina Mariotti dell’Istituto Neurologico Carlo Besta di Milano e condotta con la collaborazione del gruppo universitario, indica che i livelli di questa molecola sono ridotti nel sangue dei pazienti Huntington, a conferma della minor produzione di colesterolo cerebrale. Il 24-idrossi-colesterolo è ora in fase di valutazione come marcatore biologico di malattia.
Altre scoperte in corso
La Prof.ssa Cattaneo ricorda come altre importanti scoperte sono in corso. Alcune di esse riguardano il mitocondrio e la produzione di energia. Altre dimostrano che il taglio dell’huntingtina mutata è un evento cruciale nella malattia, tanto che il blocco di questo taglio è protettivo nell’animale malato e rallenta la progressione della malattia. Ricorda che i frammenti di huntingtina mutata sono molto tossici e che precipitano nella cellula sotto forma di aggregati di proteina tossici per il cervello. La malattia è caratterizzata anche da alterazioni del rilascio di neurotrasmettitori come il glutammato, e da anomalie nella trasmissione sinaptica e dei principali circuiti cerebrali. L’intervento si concentra però su due aspetti particolarmente innovativi della ricerca su questa malattia.
Gli RNA interferenti
La Dr.ssa Valentina LoSardo introduce gli studi innovativi della Prof.ssa Beverly Davidson dell’Università dell’Iowa (Stati Uniti) per bloccare direttamente il gene mutato. Questa strategia ha come scopo principale il blocco della produzione di huntingtina mutata per contrastare all’origine gli effetti di tossicità indotti da questa proteina. La difficoltà di tali studi è nel produrre molecole (chiamate RNA interferenti) che bloccano selettivamente la produzione di huntingtina mutata senza colpire la produzione di quella sana. Infatti, è fondamentale che quest’ultima continui ad essere prodotta perché essenziale per la produzione di BDNF e di altre proteine neuronali fondamentali per i neuroni che muoiono nella malattia. I risultati ottenuti nei modelli animali della malattia sono promettenti e consentono sviluppi nel paziente. A tal proposito sono molto attive le ricerche per un metodo di somministrazione efficace, non invasivo e con minimi effetti collaterali nel paziente.
La terapia cellulare sostitutiva con le cellule staminali
La Prof.ssa Cattaneo continua il suo intervento parlando di “terapia cellulare sostitutiva” le cui basi fonderebbero sull’ipotesi di poter sostituire i neuroni danneggiati dalla malattia con cellule nuove. L’interesse per questo settore della ricerca è enorme, così come le problematiche di questo approccio. Fattori limitanti sono la patogenesi complessa e multifattoriale della Corea in cui ad essere colpiti sono molti neuroni cerebrali e non solo i neuroni striatali, la fonte migliore di cellule per i trapianti e le conoscenze ancora minime sulla capacità delle cellule trapiantate di integrarsi nel tessuto ospite per formare nuovi circuiti. Si tratta quindi di un campo molto complesso che non lascia intravedere risultati clinici immediati. E’ in ogni caso importante perseguire questa ricerca perchè si fonda su basi razionali, può dare importanti informazioni sulla malattia e soprattutto permette di studiare la capacità di un tessuto malato di integrare nuove cellule. Ad oggi la fonte migliore di cellule è rappresentata dalle cellule staminali, cellule immature e plastiche che possono essere moltiplicate in laboratorio in grande quantità. Le proprietà biologiche delle cellule staminali e la loro capacità di dare origine a neuroni funzionali è il terreno su cui si batte la ricerca. La Prof.ssa Cattaneo sottolinea che queste problematiche sono affrontate nell’ambito del progetto europeo NEuroStemCell da lei coordinato e che riunisce sedici gruppi esperti del settore.
Discussione
Molti gruppi stanno considerando la possibilità di utilizzo di molteplici strategie. Una sola strategia non basta perché la malattia è complessa e molte sono le disfunzioni che contribuiscono alla morte neuronale osservata.
Ad esempio, alla terapia cellulare sostitutiva e al blocco dell’huntingtina mutata con RNA interferenti è importante affiancare strategie sperimentali che interferiscono con la disfunzione neuronale tipica della Corea.
E’ fondamentale capire quanti e quali meccanismi sono alterati nei neuroni in presenza di huntingtina mutata, possibilmente conferire a questi meccanismi un ordine temporale per distinguere gli eventi precoci (prioritari da trattare) da quelli tardivi (di minore impatto una volta “curati”). Oltre agli studi in corso nel laboratorio, ci sono almeno altri quattro settori della ricerca che operano in questa direzione e che si focalizzano su disfunzioni mitocondriali, sugli eventi che determinano il taglio e l’omeostasi dell’huntingina mutata, sulla formazione degli aggregati di huntingtina mutata, tossici per i neuroni, e sulle alterazioni dei neurotrasmettori cerebrali e dei loro recettori. Questi studi forniscono nuovi meccanismi e bersagli molecolari da trasformare in strumenti di analisi per l’isolamento di molecole d’interesse terapeutico.
Chiara Zuccato
Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Scienze Farmacologiche, Laboratorio di Biologia delle Cellule Staminali e Farmacologia delle Malattie Neurodegenerative, Via Balzaretti 9, 20133 Milano
SCIENCE AND POLITICS. AN INTERVIEW WITH ELENA CATTANEO DIRECTOR OF THE CENTRE FOR STEM CELL RESEARCH
IL LABORATORIO DI RICERCHE FARMACOLOGICHE DIRETTO DA ELENA CATTANEO
I TRATTAMENTI FARMACOLOGICI PER LA COREA DI HUNTINGTON, DI ALESSIA TARDITI