L’RNA non codificante migliora i sintomi nei topi con PKU

18 Aprile 2022

Nei test in laboratorio, un lungo RNA non codificante proveniente dall’uomo sembra aiutare l’enzima fenilalanina idrossilasi a funzionare meglio nei topi con fenilchetonuria.

In uno studio pubblicato il 5 agosto 2021 su Science, i ricercatori hanno identificano lunghi RNA non codificanti umani e di topo, la cui perdita imita il disturbo metabolico fenilchetonuria (PKU) nelle cellule di topi e umani. L’iniezione del lungo RNA umano non codificante nei topi con PKU ha migliorato i sintomi degli animali, indicando potenzialmente nuove opportunità per sviluppare trattamenti per pazienti umani.

Scienziati e clinici hanno storicamente classificato la PKU come un errore del gene che codifica l’enzima fenilalanina idrossilasi (PAH), che converte l’amminoacido fenilalanina in tirosina. Ma il sequenziamento del DNA ha dimostrato che a volte le persone con PKU non hanno una mutazione nel gene per la PAH, mettendo in dubbio lo stato della PKU come malattia a gene singolo. Il nuovo studio suggerisce che l’esaurimento di alcuni RNA non codificanti potrebbe anche essere una causa della condizione e che l’aumento dei livelli di quegli RNA potrebbe alleviare i sintomi.

“Questo dimostra che anche dopo così tanto tempo di studio di quella che pensavamo fosse una malattia semplice, stiamo ancora imparando sempre di più su altri fattori oltre alle semplici mutazioni di un gene specifico”, afferma John Mitchell, endocrinologo pediatrico della McGill University Health Center in Canada che non è stato coinvolto nello studio. “Non siamo stati in grado di descrivere davvero la relazione genotipo-fenotipo per questa particolare malattia”, aggiunge. “Avere nuove aree da perseguire per il trattamento sarà importante”.

Nel nuovo articolo, Liuqing Yang e colleghi dell’MD Anderson Cancer Center dell’Università del Texas scrivono che quasi tutte le mutazioni nel genoma umano si verificano nel DNA non codificante. Sulla base di questa idea e del lavoro che mostra che la PKU a volte si verifica in assenza di mutazioni nel gene per la PAH, hanno cercato di identificare RNA lunghi non codificanti potenzialmente rilevanti cercando quelli con livelli di espressione diversi nei fegati di topo, il sito principale del metabolismo della fenilalanina —in due momenti: il giorno embrionale 18.5, quando l’attività della PAH non ha ancora raggiunto il suo picco, e nei topi adulti.

Yang e i suoi collaboratori hanno identificato due versioni di un RNA non codificante che erano sovraregolati nei fegati di topi adulti, suggerendo che potrebbero svolgere un ruolo nel metabolismo della fenilalanina. I ricercatori hanno quindi introdotto una mutazione per interrompere il primo sito di giunzione nell’RNA non codificante, che ha esaurito entrambe le forme. I topi con RNA non codificante ridotto erano a crescita lenta, avevano livelli più elevati di fenilalanina nel siero e mostravano un’attività PAH ridotta, simile alle persone con PKU. Inoltre, con l’invecchiamento, questi topi hanno avuto convulsioni e morte prematura. Il team ha utilizzato un anticorpo per isolare la PAH e ha determinato che l’RNA non codificante che hanno trovato è associato all’enzima, quindi lo hanno chiamato Pair (RNA lungo non codificante che attiva la PAH).

Successivamente, hanno esaminato il tessuto epatico umano donato e hanno scoperto che la PAH umana ha anche un lungo RNA non codificante, chiamato HULC (carcinoma epatocellulare sovraregolato, RNA lungo non codificante), associato ad esso. In un sistema privo di cellule, gli autori hanno dimostrato che sia la coppia che l’HULC interagiscono con la PAH e probabilmente ne modificano la forma per consentire all’enzima di legarsi meglio alla fenilalanina. Negli epatociti umani privi di HULC, l’aggiunta del lungo RNA non codificante ha migliorato la capacità della PAH di convertire la fenilalanina in tirosina, suggerendo che livelli insufficienti di RNA possono svolgere un ruolo nella patogenesi della PKU.

In un’e-mail a The Scientist, Nenad Blau, consulente in genetica biochimica presso l’University Children’s Hospital di Zurigo in Svizzera e coautore dell’articolo, osserva che le carenze di HULC devono ancora essere rilevate in pazienti con livelli di fenilalanina anormalmente elevati. Tuttavia, afferma che il lavoro evidenzia che “la genotipizzazione della PAH è essenziale per la diagnosi e la gestione” di tali disturbi.

David Dimmock, direttore medico senior del Rady Children’s Institute for Genomic Medicine in California che non ha partecipato al lavoro, afferma che i risultati dell’RNA “non sono qualcosa che intuitivamente mi sarei aspettato”, ma che sono necessarie ulteriori ricerche. “Sarà affascinante vedere se possiamo trovare cambiamenti in questo lungo RNA non codificante o in altri che effettivamente spiegano parte della variabilità fenotipica” osservata nelle persone con PKU, dice. “La prossima domanda logica è: se c’è variabilità nei lunghi RNA non codificanti, esiste un potenziale terapeutico?”

Nel tentativo di affrontare questo tipo di domanda, Yang, Blau e i loro colleghi hanno fornito un’imitazione HULC mirata al fegato di topi con la mutazione PAH osservata nella maggior parte dei pazienti con PKU negli Stati Uniti. I topi di controllo che hanno ricevuto un’iniezione di un RNA codificato avevano livelli sierici elevati di fenilalanina, ma i topi trattati avevano livelli relativamente bassi di fenilalanina e livelli elevati di tirosina. Quindi i ricercatori hanno somministrato un’imitazione dell’HULC insieme a un farmaco consolidato, una versione sintetica di una proteina nota per supportare la funzione della PAH, che funziona in alcuni pazienti con casi lievi di carenza di PAH, ma in precedenza ha dimostrato di essere inefficace in questo modello murino e nei pazienti con PKU in piena regola. Il trattamento combinato ha avuto un effetto additivo nei topi, abbassando i livelli sierici di fenilalanina anche più del solo HULC mimic. Secondo Blau, i risultati indicano che le imitazioni HULC possono essere una valida opzione di trattamento per alcuni pazienti con PKU.

“È certamente un pensiero allettante che forse questo sarebbe un modo per aumentare l’attività endogena in individui con determinati cambiamenti genetici”, dice Dimmock degli esperimenti. Tuttavia, prima di applicare terapeuticamente una strategia correlata alle persone, osserva che la ricerca dovrebbe esaminare se è possibile manipolare un enzima senza avere effetti negativi che danneggerebbero il paziente. E mentre Yang, Blau e i loro colleghi hanno identificato questi candidati RNA che sembrano funzionare in modi simili, aggiunge che un’altra sfida con lunghi RNA non codificanti “sembra essere come si salta il divario tra specie, perché i sistemi modello possono non essere in realtà imitazioni accurate di ciò che accadrà in un essere umano.

Articolo originale di Abby Olena pubblicato su The Scientist. Tradotto in Italiano da PKU&Noi. 
Fonte originale: https://www.the-scientist.com/news-opinion/noncoding-rna-improves-symptoms-in-mice-with-metabolic-disorder-69065