La ricetta Telethon per l'editing genetico / The Telethon recipe for genetic editing

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Saranno le immunodeficienze il banco di prova prescelto dai ricercatori dell'Istituto San Raffaele Telethon per la Terapia Genica (SR-Tiget) per effettuare la loro prima sperimentazione clinica con le nuove biotecnologie di precisione.

I dati sono rassicuranti. Le tecniche sono mature. E l’istituto San Raffaele Telethon per la Terapia Genica (SR-Tiget) è quasi pronto per il debutto. “Non abbiamo ancora una data. Ma nel breve periodo il nostro istituto conta di avviare la prima sperimentazione clinica con l’editing del DNA”. Ce lo rivela Raffaella Di Micco, group leader all’SR-Tiget e coautrice di uno studio uscito recentemente su "Cell Stem Cell" in collaborazione con il team di Luigi Naldini.

“Il nostro modello cellulare sono le staminali del sangue. Con il protocollo che abbiamo ottimizzato non riscontriamo instabilità genomica né mutazioni indesiderate. Il cocktail che abbiamo messo a punto dovrebbe già garantire un beneficio terapeutico nel campo delle malattie rare. Perciò il prossimo passo sarà vedere la risposta nell’uomo”, ci ha detto la ricercatrice commentando con noi gli ultimi dati.

Il banco di prova saranno le immunodeficienze su cui l’SR-Tiget non ha rivali al mondo, essendo già riuscito nell’impresa di portare in commercio la prima terapia genica classica: il trattamento Strimvelis, sviluppato nell’era pre-CRISPR per i pazienti affetti da ADA-SCID. Nel frattempo altri gruppi hanno incontrato difficoltà a replicare quel successo di terapia genica “tradizionale” su un altro tipo di immunodeficienza severa combinata, trasmissibile con il cromosoma X e detta SCID-X1.

“Rispetto all’approccio precedente, l’editing ha il grosso vantaggio di garantire un’espressione più controllata del gene terapeutico. La migliore precisione dovrebbe consentire di correggere il difetto genetico con maggiore efficacia e sicurezza”, sostiene Di Micco. In cima alla lista delle delle malattie candidate, dunque, c’è la SCID-X1, in compagnia di un’altra immunodeficienza: la sindrome da iper-IgM. 

 “Comunque il lavoro che abbiamo pubblicato è una dimostrazione di fattibilità, lo stesso approccio può trovare altre applicazioni”

Di Micco, classe 1980, si è laureata in biotecnologie mediche a Napoli, per poi specializzarsi tra Milano e New York, e da tre anni è stata chiamata all’istituto diretto dal pioniere della terapia genica Naldini, con la missione di studiare come le cellule rispondono al danno del DNA e contribuire allo sviluppo di nuove terapie avanzate. Lavorando insieme, hanno dimostrato di poter inserire in modo affidabile una sequenza correttiva nelle cellule staminali ematopoietiche.

La  ricetta di San Raffaele e Telethon prevede l’utilizzo di una scarica elettrica per far entrare nelle cellule tre ingredienti terapeutici: la piattaforma per l’editing genomico (costituita dall’enzima che taglia il DNA, opportunamente programmato per trovare il giusto bersaglio), un vettore virale detto AAV6 che trasporta la sequenza da introdurre in corrispondenza del taglio e, a parte, un terzo elemento opzionale. Si tratta di un trascritto con le istruzioni per sintetizzare una molecola che destabilizza la proteina p53, nota anche come “il guardiano del genoma”.

In questo modo Di Micco e colleghi hanno aggirato un ostacolo emerso lo scorso anno in popolazioni cellulari diverse e descritto da due gruppi indipendenti su "Nature Medicine". Quando l’editing produce la rottura del DNA, le cellule attivano un kit di pronto intervento che vede come protagonista il p53 e può avviare le cellule editate alla distruzione. Per fortuna i ricercatori dell’SR-Tiget hanno appurato che, almeno per le staminali ematopoietiche, il problema è limitato e risolvibile.

"Anche nel nostro modello basta un singolo taglio per far scattare l'allarme, ma la risposta si risolve nel giro di poche ore quando la lesione viene riparata e alla fine le cellule conservano la piena funzionalità”, assicura la ricercatrice. Se oltre a tagliare il DNA si fornisce una sequenza correttiva, utilizzando un vettore virale, la reazione difensiva è più forte, ma l’SR-Tiget ha dimostrato di poterla controllare inibendo il p53. Nel giro di un giorno o due l’arresto proliferativo si sblocca e, trapiantando le cellule editate nel topo, si osserva che un maggior numero di cellule corrette si localizza nel midollo, per la ricostituzione del sistema ematopoietico.

“Il sistema CRISPR è più facile da programmare rispetto alla tecnica di editing genomico precedente, ma nel nostro modello funziona bene anche la piattaforma zinc finger, che ha il vantaggio di essere stata studiata più a lungo”, spiega Di Micco. Da quando CRISPR è arrivata sulla scena ha conquistato tutti i riflettori per la sua versatilità, mentre il metodo delle “dita di zinco” è rimasto nell’ombra pur non essendo obsoleto.

“Con questo lavoro abbiamo dimostrato che i risultati delle due tecnologie sono paragonabili, ciò che conta è la specificità dell’enzima che effettua il taglio, indipendentemente da quale piattaforma viene utilizzata”, sostiene la ricercatrice. Scegliere l’una o l’altra sarà una decisione strategica, da prendere insieme agli sponsor dei trial clinici futuri, valutando anche gli aspetti di natura brevettuale. Intanto ci sono altre sperimentazioni di editing in cellule staminali ematopoietiche che stanno già reclutando i primi pazienti in diversi paesi del mondo: il database clinicaltrials.gov ne conta già tre con zinc finger e due basate su CRISPR.

ENGLISH

Immunodeficiencies will be the test bench chosen by researchers at the San Raffaele Telethon Institute for Gene Therapy (SR-Tiget) to carry out their first clinical trials with new precision biotechnologies.

The data is reassuring. The techniques are mature. And the San Raffaele Telethon Institute for Gene Therapy (SR-Tiget) is almost ready for its debut. "We don't have a date yet. But in the short term our institute plans to start the first clinical trial with DNA editing ". This is revealed by Raffaella Di Micco, group leader at SR-Tiget and co-author of a study recently published on "Cell Stem Cell" in collaboration with the team of Luigi Naldini.

"Our cellular model is blood stem cells. With the protocol that we have optimized we do not find genomic instability or undesired mutations. The cocktail we have developed should already guarantee a therapeutic benefit in the field of rare diseases. So the next step will be to see the answer in the man, "the researcher told us, commenting the latest data with us.

The test bed will be the immunodeficiencies on which the SR-Tiget has no rival in the world, having already succeeded in bringing to market the first classical gene therapy: the Strimvelis treatment, developed in the pre-CRISPR era for patients suffering from ADA-SCID. Meanwhile other groups have encountered difficulties in replicating that success of "traditional" gene therapy on another type of severe combined immunodeficiency, transmissible with the X chromosome and called SCID-X1.

"Compared to the previous approach, editing has the great advantage of ensuring a more controlled expression of the therapeutic gene. The best accuracy should allow us to correct the genetic defect more effectively and safely, ”says Di Micco. At the top of the list of candidate diseases, therefore, is SCID-X1, along with another immunodeficiency: hyper-IgM syndrome.

 "However the work we published is a demonstration of feasibility, the same approach can find other applications"

Di Micco, born in 1980, graduated in medical biotechnology in Naples, then specialized in Milan and New York, and for the past three years has been called to the institute directed by the pioneer of gene therapy Naldini, with the mission of studying how cells respond to DNA damage and contribute to the development of new advanced therapies. Working together, they have shown that they can reliably insert a corrective sequence into hematopoietic stem cells.

The recipe of San Raffaele and Telethon involves the use of an electric discharge to let three therapeutic ingredients enter the cells: the genomic editing platform (consisting of the enzyme that cuts the DNA, suitably programmed to find the right target), a viral vector called AAV6 that carries the sequence to be introduced at the cut and, separately, a third optional element. It is a transcript with instructions for synthesizing a molecule that destabilizes the p53 protein, also known as the "guardian of the genome".

In this way Di Micco and colleagues circumvented an obstacle that emerged last year in different cellular populations described by two independent groups on "Nature Medicine". When the editing produces DNA breakage, the cells activate an emergency kit that sees p53 as the protagonist and can start the cells edited for destruction. Fortunately, the researchers of the SR-Tiget have established that, at least for hematopoietic stem cells, the problem is limited and solvable.

"Even in our model a single cut is enough to trigger the alarm, but the answer is resolved within a few hours when the lesion is repaired and at the end the cells retain full functionality", assures the researcher. the DNA provides a corrective sequence, using a viral vector, the defensive reaction is stronger, but the SR-Tiget has been shown to be able to control it by inhibiting p53.In a day or two the proliferative arrest unlocks and, transplanting the cells edited in the mouse, it is observed that a greater number of correct cells is localized in the marrow, for the reconstitution of the hematopoietic system.

"The CRISPR system is easier to program than the previous genomic editing technique, but the zinc finger platform also works well in our model, which has the advantage of having been studied longer," explains Di Micco. Since CRISPR arrived on the scene, it has conquered all the spotlights for its versatility, while the method of "zinc fingers" has remained in the shadows despite not being obsolete.

"With this work we have shown that the results of the two technologies are comparable, what matters is the specificity of the enzyme that performs the cut, regardless of which platform is used," says the researcher. Choosing one or the other will be a strategic decision, to be taken together with the sponsors of future clinical trials, also evaluating aspects of a patent nature. Meanwhile, there are other editing experiments in hematopoietic stem cells that are already recruiting the first patients in different countries of the world: the clinicaltrials.gov database already has three with zinc finger and two based on CRISPR.

Da:

http://www.lescienze.it/news/2019/03/27/news/telethon_crispr_editing-4349115/?ref=nl-Le-Scienze_29-03-2019