Usare CRISPR per eliminare le cellule malate

Finora abbiamo conosciuto soprattutto CRISPR come una forbice molecolare utilizzata per modificare il DNA. Oggi una nuova versione di questo strumento viene testata come arma contro le cellule malate. Si chiama Cas12a2 e può essere modificata per riconoscere specifici messaggi genetici presenti nelle cellule tumorali e innescare la loro distruzione. Nei primi test sugli animali il sistema ha rallentato la crescita di tumori di fegato, polmone e testa-collo. I risultati sono stati pubblicati in due studi, entrambi apparsi di recente sulla rivista Nature.

«La prima riprogrammazione di CRISPR nel 2012 ha aperto un mondo. Abbiamo capito che i batteri sono un enorme serbatoio di strumenti che possono aiutarci a modificare le cellule», commenta Anna Cereseto, professoressa di biologia molecolare all'Università di Trento.

I diversi sistemi CRISPR sono costituiti da proteine guidate da RNA in grado di riconoscere specifiche sequenze di acidi nucleici. A seconda del sistema, il bersaglio e il meccanismo d'azione possono essere molto diversi. CRISPR-Cas9 è stato il primo sistema di questo tipo a essere riprogrammato come strumento di editing genetico, ma da allora ne sono stati individuati moltissimi altri tra cui, appunto, Cas12a2. Quest’ultimo, per il suo particolare meccanismo d’azione, sembra promettente anche in ambito oncologico.

Per curare un tumore, in estrema sintesi, una delle strategie possibili consiste nell'individuare un bersaglio molecolare presente nelle cellule malate, così da colpirle in modo selettivo. CRISPR-Cas12a2 sfrutta questo principio: riconosce una specifica sequenza di RNA - per esempio quella prodotta da un gene mutato o da un virus presente nella cellula - e solo in sua presenza si attiva e può portare alla morte della cellula.

«In genere, i sistemi CRISPR nei batteri hanno lo scopo di difendere il microrganismo dagli attacchi dei virus, distruggendo il materiale genetico dell’invasore. Cas12a2 invece serve a bloccare, uccidere o mettere in stand by, la cellula batterica che è stata infettata da un virus, in modo tale che quest’ultimo non si propaghi», spiega Cereseto.

Cas12a2 può essere equipaggiata con diversi RNA guida, progettati su misura per riconoscere e agganciare solo il messaggio genetico tipico di un determinato tumore. Il riconoscimento richiede inoltre che accanto alla sequenza bersaglio sia presente una breve sequenza compatibile, una sorta di “targa” molecolare necessaria all’attivazione di Cas12a2.

Solo in presenza di entrambi i segnali la proteina si attiva. A quel punto perde la specificità per il singolo bersaglio e comincia a frammentare estesamente il DNA cromosomico, provocando danni incompatibili con la sopravvivenza della cellula.

I due lavori recenti nascono da laboratori diversi ma comunicanti: alcuni ricercatori, in particolare i gruppi statunitensi, compaiono tra gli autori di entrambi. Il secondo studio porta inoltre la firma di Jennifer Doudna, la biochimica che nel 2020 ha vinto il Nobel per la chimica insieme a Emmanuelle Charpentier proprio per aver trasformato CRISPR in uno strumento di editing genetico.

Nel primo studio Cas12a2 è stata testata in un modello di topo in cui era stato impiantato un tumore umano della testa e del collo positivo per HPV16. In questo caso il sistema era programmato per riconoscere l'RNA virale E6. L’iniezione del sistema nel tumore ha portato a una riduzione significativa della crescita tumorale.

In un esperimento sulle cellule, lo stesso gruppo ha preso di mira la mutazione G12C del gene KRAS, presente in alcuni tumori del polmone. Cas12a2 ha eliminato circa metà delle cellule che portavano la mutazione lasciando sostanzialmente intatte quelle con la versione normale del gene, che differisce per una sola base nucleotidica. Ha funzionato anche su cellule rese resistenti a sotorasib, il farmaco oggi utilizzato contro questa mutazione, e usata insieme al farmaco ha spinto la distruzione oltre l'85%.

Il secondo studio invece si concentra soprattutto su TP53, il gene che codifica per la proteina p53, il cosiddetto “guardiano del genoma”, alterato in circa il 40-50% dei tumori. Molti farmaci funzionano legandosi a specifiche strutture presenti nelle proteine bersaglio, ma alcune forme mutate di p53 risultano particolarmente difficili da colpire. Cas12a2 aggira il problema perché non prende di mira direttamente la proteina, ma riconosce il messaggio di RNA che la codifica.

I ricercatori hanno testato Cas12a2 anche nei topi: in un modello di tumore epatico mirando all'oncogene MYC e in uno di tumore polmonare mirando a una mutazione di TP53. In entrambi i casi il trattamento ha portato a una riduzione della massa tumorale e, nei modelli di malattia avanzata, ha ridotto anche la diffusione tumorale al di fuori del polmone.

Si tratta dei primissimi lavori nel campo, condotti su cellule e modelli animali. I dati sono quindi preclinici e ogni riflessione sulla possibile efficacia e sicurezza di questi sistemi nell'uomo è ancora prematura.

Uno dei principali problemi da risolvere sarà capire come portare Cas12a2 in modo efficiente nelle cellule tumorali appropriate, limitando il più possibile l'attivazione del sistema nei tessuti sani.