Piccolissimi, ma da Nobel

Quest’anno, la commissione del Karolinska Institutet di Stoccolma che assegna il premio Nobel per la medicina e la fisiologia ha conferito il prestigioso premio a Victor Ambros e Gary Ruvkun “per la scoperta dei microRNA (miRNA) e del loro ruolo nella regolazione dei geni”¹. Partendo dallo studio di piccoli vermi, i due scienziati statunitensi hanno individuato un meccanismo importante nella fisiologia e nella patologia degli esseri viventi. Oggi il mondo della ricerca vede nei miRNA strumenti promettenti per la diagnosi e la cura delle malattie.

Cosa sono i microRNA

Nella cellula ci sono due tipi di RNA: gli RNA codificanti e gli RNA non-codificanti. Gli RNA codificanti – gli RNA messaggeri o mRNA – sono molecole grazie alle quali l’informazione contenuta nei geni (sequenze di DNA) viene utilizzata per la produzione delle proteine necessarie alla cellula. Gli RNA non-codificanti non contengono le informazioni (non “codificano”) per le proteine, ma hanno funzioni strutturali o regolatorie: i miRNA fanno parte di questo secondo gruppo².

Un miRNA è una piccola molecola di RNA costituita da 19-25 nucleotidi (il nucleotide è l’unità base degli acidi nucleici). Una sequenza di DNA funge da “stampo” per la RNA polimerasi che produce una catena di qualche migliaio di nucleotidi, il miRNA primario (pri-miRNA), che viene processato dall’enzima Drosha per generare il precursore del miRNA (pre-miRNA), di circa 70 nucleotidi. Il precursore viene trasferito dal nucleo al citoplasma della cellula, dove viene tagliato dall’enzima Dicer con la formazione del miRNA maturo³.

I miRNA si legano in modo specifico agli mRNA e ne impediscono il funzionamento o ne inducono la degradazione. Questo è uno dei meccanismi che regolano l’espressione genica, per cui una certa cellula in un certo momento utilizza (“esprime”) alcuni geni e non altri. Un singolo mRNA può regolare molti geni e lo stesso gene può essere regolato da molti miRNA diversi. Oggi sono già stati descritti oltre 2.300 miRNA e si stima che circa il 30% del genoma umano sia sotto il loro controllo^3,4.

Il legame tra microRNA e cancro

I miRNA hanno un ruolo nella crescita, nella proliferazione, nella differenziazione e nella morte programmata (apoptosi) delle cellule⁴. Sono coinvolti sia in processi fisiologici – per esempio, nello sviluppo dell’organismo: i primi miRNA identificati da Ambros e Ruvkun erano indispensabili per la maturazione delle larve del verme Caenorhabditis elegans² – che in processi patologici. Un’espressione anomala dei miRNA – vale a dire livelli troppo alti o troppo bassi rispetto al necessario – è stata messa in relazione con diverse malattie, tra cui la distrofia muscolare, il diabete e il cancro⁵.

Il primo studio a suggerire l’esistenza di un legame tra miRNA e cancro è stato pubblicato nel 2002: un gruppo di ricercatori del Jefferson Medical College di Filadelfia, guidato dal genetista italiano Carlo Maria Croce, aveva osservato che nei pazienti affetti da leucemia linfatica cronica (CLL) i microRNA miR-15 e miR-16 erano down-regolati (ossia mancavano) perché nei pazienti era andata persa la regione del genoma dove erano localizzate le sequenze per la loro sintesi⁶.

Studi successivi hanno permesso di stabilire che i miRNA possono promuovere lo sviluppo e la progressione dei tumori – e in questo caso vengono chiamati oncomiR – oppure contrastarli², influenzando la trasformazione maligna delle cellule⁴. Ciò avviene perché danni al genoma e modificazioni epigenetiche alterano l’espressione dei miRNA, modificando l’espressione di geni che controllano il ciclo cellulare e l’apoptosi, favorendo così la crescita incontrollata delle cellule maligne⁴.

Alcuni esempi di miRNA noti per essere coinvolti nella genesi dei tumori del sangue sono: miR-155, sovraespresso nella CLL, nel linfoma cutaneo a cellule T (CTCL), nel linfoma diffuso a grandi cellule B (DLBCL), nella leucemia linfatica acuta (ALL) e in altre malattie ematopoietiche; miR-150 sovraespresso in molti tumori a cellule B; miR-204, down-regolato nell’ALL a cellule T; miR-143 e mi-R145, down-regolati in molti tumori a cellule B; miR-203, down-regolato nel mieloma multiplo (MM)^5,7.

Le possibili applicazioni diagnostiche e terapeutiche

Oltre a essere importanti per capire come si formano e come evolvono i tumori, le conoscenze acquisite riguardo i miRNA potrebbero essere sfruttate in clinica. I miRNA potrebbero essere usati come biomarcatori per la diagnosi dei tumori: si preleva un campione biologico del paziente e si valuta la presenza (o l’assenza) dei miRNA tumore-specifici. Negli studi fatti sinora solitamente i miRNA sono stati cercati nel sangue, ma il materiale di partenza potrebbe anche essere un campione di midollo osseo o di urine⁷.

Ci sono diverse ricerche in vari tipi di tumori – compresi CLL, MM e leucemia mieloide acuta (AML)^4,5,7 – che dimostrano che la presenza di alcuni miRNA si associa a una maggiore aggressività del tumore; perciò, l’analisi dei miRNA può aiutare anche a formulare la prognosi, ossia a prevedere il decorso della malattia². Non solo, è stato anche osservato che in alcuni casi i livelli di certi miRNA suggeriscono che una certa terapia funzionerà o sta funzionando, un’informazione preziosa nella scelta della cura con maggiori probabilità di successo⁷. Per esempio, i miRNA miR15a/16-1, miR-331, miR-125b-5p e miR-214 sembrerebbero essere utili per predire la resistenza a farmaci come il bortezomib o il desametasone nel MM⁷.

Infine, diversi studi preclinici hanno fornito prove di concetto riguardo alla possibilità di utilizzare i miRNA come bersagli terapeutici⁴. A seconda che il miRNA abbia un effetto anti-tumorale o pro-tumorale, la strategia utilizzata sarà diversa. Nel primo caso, per aumentare i livelli del miRNA di interesse si possono somministrare miRNA sintetizzati in laboratorio (miRNA mimic) o vettori di espressione che contengono le sequenze dei miRNA, che verranno poi prodotti dalle cellule dell’organismo. Nel secondo caso, per eliminare i miRNA dannosi, si possono utilizzare piccoli acidi nucleici (oligonucleotidi) che legano i miRNA impedendone il funzionamento (anti-miR) o piccole molecole che ne bloccano la sintesi³.

Uno dei grossi limiti di questa strategia è che, poiché un miRNA agisce su più geni, si possono verificare degli effetti indesiderati. Uno studio clinico di fase I in cui si stava sperimentando un miRNA mimic chimato MRX34 (miR-34 mimic) per il trattamento di tumori solidi ed ematologici è stato interrotto prematuramente dopo che si sono verificati alcuni decessi⁵. Studi successivi non hanno però mostrato gli stessi gravi problemi, per cui la ricerca di agenti terapeutici basati sui miRNA prosegue. Un anti-miR diretto contro miR-155 (MRG-106, Cobomarsen) si è mostrato ben tollerato e in grado di indurre un miglioramento in 6 pazienti con CTCL⁵.

Per arrivare a una terapia sicura ed efficace, oltre a identificare il miRNA bersaglio più idoneo per i vari tumori, i ricercatori stanno cercando di capire la via di somministrazione da utilizzare, gli accorgimenti necessari per fare in modo che l’agente terapeutico arrivi integro nelle cellule bersaglio e la dose corretta per determinare l’effetto voluto riducendo al minimo il rischio di effetti off-target (fuori bersaglio)². Ambros e Ruvkun hanno aperto la strada, ma il viaggio verso l’introduzione in clinica di strumenti diagnostici e terapeutici basati sui miRNA è ancora lungo.