Uno studio internazionale mostra che veicolare la versione sana del gene GNAO1 nel cervello di topi neonati corregge alcuni difetti neuronali legati alla forma più lieve della malattia
La malattia correlata a GNAO1 è una patologia rara del neurosviluppo causata da mutazioni in un gene che serve al cervello per funzionare correttamente, il gene GNAO1 che produce una proteina chiamata G-alfa-o, fondamentale per la comunicazione tra i neuroni. A seconda della mutazione, la malattia può manifestarsi in forme molto diverse tra loro. Si va da encefalopatie epilettiche gravissime, che compaiono già nei primi mesi di vita, a quadri caratterizzati soprattutto da disturbi del movimento (distonia, tremori, movimenti involontari) con un'intelligenza spesso preservata.
Nel mondo si stimano circa 400 persone con questa diagnosi, anche se finora ne sono state descritte in letteratura scientifica circa 250, un segno di quanto la malattia sia probabilmente ancora sotto-diagnosticata. Oggi non esiste ancora una cura. Alcuni farmaci sono allo studio per attenuare i movimenti involontari più gravi e nei casi più severi si ricorre alla stimolazione cerebrale profonda, un intervento chirurgico invasivo che però non risolve il problema alla radice.
Ne abbiamo parlato con la Dott.ssa Germana Cocozza, ricercatrice del dipartimento di fisiologia e farmacologia dell'Università Sapienza di Roma, e con Massimiliano Tomassi, presidente dell’Associazione Famiglie GNAO1 APS.
LO STUDIO
È proprio su questo fronte che si muove il nuovo studio, pubblicato su Acta Neuropathologica Communications da un team di ricercatori italiani, francesi e svizzeri (tra cui Sapienza Università di Roma, IRCCS Neuromed e Istituto Superiore di Sanità), realizzato anche grazie al sostegno dell’Associazione Famiglie GNAO1 APS. L'idea alla base è semplice da spiegare, per quanto complessa da realizzare: se la malattia nasce da una copia difettosa del gene, perché non affiancarle una copia sana?
I ricercatori hanno lavorato su topi geneticamente modificati per portare la variante C215Y, una mutazione del gene GNAO1 associata a una forma lieve della malattia, caratterizzata da un esordio più tardivo (tra i 3 e i 12 anni) e assenza di epilessia e distonia generalizzata. Nei primi giorni di vita, agli animali è stata iniettata direttamente nel cervello una versione sana del gene umano GNAO1, veicolata da un virus innocuo (AAV9) usato comunemente in terapia genica. A distanza di mesi, i topi trattati mostravano livelli più alti della proteina G-alfa-o nel cervello e un miglioramento di alcuni parametri: meno segnali di ansia nei test comportamentali e un parziale recupero di alcune anomalie elettriche osservate nei neuroni della corteccia, come la corrente Ih (legata ai canali HCN, importanti per l'eccitabilità neuronale). Non tutti i deficit sono stati corretti allo stesso modo e la risposta ai recettori GABA-B, un altro segnale chimico importante per il funzionamento dei neuroni, non è migliorata con il trattamento.
“Si tratta di studi preclinici, però gli effetti che abbiamo osservato sono stati significativi, perché il trattamento ha migliorato sia il funzionamento delle cellule nervose sia alcuni aspetti del comportamento nei modelli sperimentali”, spiega Cocozza. In particolare, è stata quasi completamente recuperata una delle principali alterazioni del funzionamento elettrico delle cellule nervose osservate in presenza della mutazione. È un dato importante perché indica che fornire una copia sana di GNAO1 può contribuire a riportare le cellule nervose verso un funzionamento più normale. Rafforza quindi il razionale del cosiddetto “gene augmentation”, una strategia che punta a compensare il difetto genetico aumentando la disponibilità della proteina prodotta dalla copia sana del gene”.
IL TEST SU PIÙ VARIANTI GENETICHE
Lo stesso approccio è stato testato anche nel verme C. elegans, un modello molto usato in laboratorio, su diverse varianti di GNAO1 associate a forme più o meno gravi della malattia nell'uomo. Anche qui, aggiungere una copia sana del gene ha migliorato in gran parte i comportamenti alterati legati alla mutazione, come movimento, sensibilità a certi stimoli chimici, anche se in alcuni tipi di neuroni l'effetto è stato solo parziale. Un segnale che la strategia funziona meglio in certi contesti cellulari che in altri e che la risposta può dipendere sia dalla mutazione specifica sia dal tipo di neurone coinvolto.
“Un elemento importante dello studio è che non ci siamo limitati a valutare gli effetti della terapia a livello comportamentale, ma abbiamo studiato direttamente le alterazioni neurobiologiche associate alla mutazione, attraverso la caratterizzazione elettrofisiologica delle disfunzioni dei circuiti neuronali e del loro recupero in seguito alla terapia”, aggiunge la ricercatrice. “Un altro aspetto rilevante è stato poter valutare, grazie al modello di C. elegans, l'effetto della terapia su diverse varianti patogenetiche di GNAO1. Questo ci ha permesso di confrontare la risposta alla terapia in presenza di mutazioni differenti e in diversi circuiti neuronali, e ci ha dato informazioni importanti sulla possibilità di estendere questa strategia a forme diverse di encefalopatia da GNAO1”.
Una prudenza condivisa anche dalle famiglie. “Siamo consapevoli che arrivare al paziente sarà molto lungo, complesso e anche costoso”, osserva Tomassi. “Però siamo contenti che sia stato posto un primo mattoncino, anche grazie al sostegno dell’associazione. Quando abbiamo costituito l’associazione, in Italia la ricerca scientifica sulla GNAO1 era ancora molto limitata, ed è stato anche questo a spingerci, come famiglie, a riunirci e a cercare di fare qualcosa di concreto. Eravamo famiglie che avevano ricevuto la diagnosi da relativamente poco tempo, di fronte a una malattia scoperta solo pochi anni prima e ancora poco studiata. Negli Stati Uniti, però, la Bow Foundation aveva già iniziato a sostenere alcuni progetti sulla GNAO1. Questo ci ha fatto capire che anche le famiglie potevano avere un ruolo attivo nel promuovere e sostenere la ricerca. Pochi mesi dopo la costituzione dell’associazione abbiamo organizzato a Roma la prima conferenza europea sulla GNAO1, che ci ha permesso di entrare in contatto con ricercatori che già studiavano la malattia e con altri che hanno iniziato a interessarsene proprio in quel periodo. Da quegli incontri sono nate le prime collaborazioni e sono arrivati i primi progetti di ricerca, che abbiamo valutato con il supporto del comitato scientifico che nel frattempo avevamo costituito”.
LA DISTANZA DALLA SPERIMENTAZIONE SULL'UOMO
Si tratta comunque di risultati preclinici, ottenuti su modelli animali e la strada verso una eventuale applicazione nei pazienti è ancora lunga. Lo studio, nondimeno, offre una prova importante e cioè che intervenire precocemente, subito dopo la nascita, aumentando la quantità di proteina sana, può correggere, almeno in parte, gli effetti della mutazione, aprendo una prospettiva concreta di terapia genica per questa malattia rara.
“Per quanto riguarda la distanza dalla sperimentazione sull'uomo, bisogna essere prudenti. Si tratta comunque di uno studio preclinico e saranno necessari ulteriori studi. Però il risultato è sicuramente una prova di principio molto interessante, che ci incoraggia a proseguire nello sviluppo di strategie di terapia genica destinate a queste rare encefalopatie. Al momento è difficile dire se potrà avere un impatto su una possibile terapia, perché siamo veramente all'inizio degli studi ed è difficile fare previsioni in questo senso. Il dato è incoraggiante ma è troppo presto per parlare di una sperimentazione”, afferma Cocozza.
“Ci siamo orientati su diverse direttrici di ricerca”, aggiunge Tomassi. “Ci sono progetti che studiano i meccanismi della malattia, altri che fanno drug screening per capire se farmaci già approvati possano migliorare i sintomi. Poi è arrivato questo progetto sulla terapia genica. Ci ha interessato da subito perché è uno degli approcci che prova a intervenire sulla causa della malattia. Sappiamo che è ancora un campo in evoluzione e che c’è molta strada da fare, ma sicuramente è una prospettiva che abbiamo voluto prendere in considerazione fin dall'inizio”.
LE PROSPETTIVE DELLA RICERCA
In un'ottica traslazionale, questi dati rafforzano il potenziale della terapia genica per il trattamento della malattia correlata a GNAO1. “Allo stesso tempo sottolineano la necessità di studiare ulteriori varianti del gene GNAO1, sottotipi neuronali ed endpoint clinicamente rilevanti, per capire in quali casi questa strategia possa essere sufficiente e quando possano essere necessari anche approcci complementari, come il silenziamento allele-specifico o altre strategie combinate. Saranno necessari altri studi a chiarire quali sono i meccanismi alla base di questi effetti, se questa strategia possa essere estesa anche ad altre varianti patogenetiche di GNAO1 e se un trattamento somministrato più tardivamente possa determinare un miglioramento del fenotipo associato alla malattia”, conclude Cocozza.
QUANDO A FINANZIARE LA RICERCA SONO LE FAMIGLIE
Per una patologia ultra-rara uno degli ostacoli resta la disponibilità di risorse sufficienti per far crescere la ricerca. L'Associazione Famiglie GNAO1 ha progressivamente strutturato il proprio sostegno attraverso un bando annuale che mette a disposizione circa 80-100mila euro. “Non sono pochi per un'associazione delle nostre dimensioni, ma naturalmente non sono cifre enormi per la ricerca scientifica”, spiega Tomassi. “Alla call partecipano i ricercatori della comunità scientifica che nel tempo si è creata intorno alla GNAO1, che fortunatamente è in continua espansione. I finanziamenti non sono limitati all'Italia, l'associazione sostiene anche progetti condotti in altri Paesi europei. Le risorse provengono soprattutto dal 5 per mille, dalle campagne solidali, dalle donazioni e dagli eventi di raccolta fondi. Trattandosi di una malattia ultra-rara, è ancora difficile avere dati precisi sul numero dei pazienti. In Italia, come associazione, siamo direttamente in contatto con circa 25 famiglie e siamo a conoscenza di qualche altro caso con cui non siamo ancora entrati in contatto. A livello internazionale i numeri sono ancora più difficili da definire, anche perché abbiamo poche informazioni su alcune aree del mondo. Per questo è importante riuscire a costruire un registro dei pazienti il più completo e accurato possibile: conoscere meglio la popolazione GNAO1 e la sua evoluzione nel tempo è fondamentale anche per sostenere lo sviluppo della ricerca e prepararsi a future sperimentazioni cliniche. Speriamo che una sempre maggiore collaborazione internazionale possa aiutarci ad andare in questa direzione”.
