Superare le mutazioni nonsense: nuove molecole per il 10% delle malattie rare

Le professoresse hanno iniziato richiamando i fondamenti della biologia molecolare, particolarmente utile data la presenza di molti studenti in sala. La sintesi proteica procede attraverso la lettura del codice genetico: ogni tripletta di basi azotate (codone) nel DNA corrisponde a un particolare amminoacido che viene inserito nella catena proteica in costruzione.
La fine della sintesi è determinata da uno dei tre codoni di stop: UAA, UAG o UGA. Quando il meccanismo di sintesi incontra uno di questi codoni, la produzione della proteina si arresta, e viene rilasciata una proteina di lunghezza completa e funzionale.

Mutazioni nonsense: quando lo stop arriva troppo presto
Le mutazioni nonsense sono mutazioni puntiformi che convertono un codone per un amminoacido in un codone di stop anticipato. È come se in una frase si mettesse un punto fermo nel mezzo: “Il paziente ha una mutazione.” invece di “Il paziente ha una mutazione nonsense che causa la malattia.”
Questa interruzione prematura della sintesi comporta la produzione di una proteina troncata, incompleta. Nella maggior parte dei casi, queste proteine incomplete non sono funzionali e vengono rapidamente degradate dalla cellula. Il risultato finale è l’assenza o carenza grave della proteina normale, causando la malattia.

Un difetto comune a molte malattie rare
Le mutazioni nonsense sono responsabili di un’ampia varietà di patologie genetiche. Le professoresse hanno citato alcuni esempi:

• Fibrosi cistica
• Distrofia muscolare di Duchenne
• Coroideremia (una forma di cecità ereditaria)
• Immunodeficienze primarie
• E molte altre

La statistica è impressionante: circa il 10% delle malattie rare è causato da mutazioni nonsense. Questo significa che potenzialmente decine di migliaia di pazienti in tutto il mondo potrebbero beneficiare di un farmaco capace di correggere questo particolare tipo di difetto genetico.

TRIDs: farmaci che “leggono attraverso” lo stop
L’approccio terapeutico per queste mutazioni si basa su una classe di farmaci chiamati TRIDs (Translational Readthrough Inducing Drugs), letteralmente “farmaci che inducono la lettura attraverso la traduzione”. Questi composti permettono al meccanismo di sintesi proteica di “saltare” il codone di stop prematuro e continuare la sintesi fino a raggiungere il vero codone di stop alla fine del gene.
Come hanno spiegato le professoresse, “questi farmaci possono teoricamente agire su molte patologie rare causate da questa specifica mutazione, indipendentemente dalla malattia in sé. La precisione terapeutica non è orientata alla patologia, ma al difetto genetico comune”.
Questo è un aspetto rivoluzionario: invece di dover sviluppare un farmaco diverso per ogni malattia, un singolo TRID potrebbe potenzialmente trattare centinaia di malattie rare diverse, tutte accomunate dalla presenza di una mutazione nonsense. “L’impatto potenziale è enorme”, hanno sottolineato.

Ataluren: un successo seguito da una delusione
Fino a tempi recenti, l’unica molecola TRID arrivata sul mercato era ataluren (nome commerciale Translarna), approvata per la distrofia muscolare di Duchenne con mutazione nonsense. Tuttavia, le professoresse hanno dato una notizia preoccupante: “L’autorizzazione condizionata dell’EMA è stata sospesa: quindi attualmente nessun farmaco è disponibile per questi pazienti. Esiste un vuoto terapeutico enorme”.
La sospensione dell’autorizzazione di ataluren, probabilmente dovuta a dati di efficacia nei trial clinici non completamente convincenti, ha lasciato migliaia di pazienti senza alternative terapeutiche. È in questo contesto che si inserisce il lavoro delle Prof.sse Pibiri e Lentini.

Un approccio integrato: chimica e genetica insieme
Il progetto rappresenta un esempio perfetto di ricerca interdisciplinare. “Io sono un chimico organico, la mia collega è una genetista: insieme sviluppiamo un approccio integrato”, ha spiegato la Prof.ssa Pibiri.
Questa collaborazione permette di coprire tutte le fasi necessarie: il chimico progetta e sintetizza le nuove molecole, il genetista le testa sui modelli cellulari e valuta il recupero dell’espressione proteica. I risultati di questi test guidano poi la modifica della struttura chimica in un processo iterativo di ottimizzazione.

Dal modello farmacoforico a tre molecole lead
Il gruppo ha iniziato partendo dalla struttura di ataluren, utilizzandola come punto di partenza per progettare variazioni molecolari. Hanno sintetizzato numerosi composti e li hanno testati su diversi modelli: prima su sistemi reporter (costrutti genetici artificiali che permettono di misurare facilmente l’attività), poi su modelli cellulari di malattie specifiche.
“Il processo è iterativo: i risultati guidano la modifica del modello farmacoforico”, hanno spiegato. Attraverso cicli successivi di progettazione, sintesi e test, hanno identificato tre molecole particolarmente promettenti: NV848, NV914 e NV930.

Test sulla fibrosi cistica: dal modello cellulare al topo
La fibrosi cistica è una malattia multiorgano che colpisce principalmente i polmoni, causata da mutazioni nel gene CFTR, che codifica per un canale del cloro essenziale per il corretto funzionamento delle cellule epiteliali. Circa il 10% dei pazienti con fibrosi cistica ha una mutazione nonsense nel gene CFTR.
Nei modelli cellulari con mutazione nonsense, le nuove molecole hanno dimostrato di recuperare la produzione della proteina CFTR, come evidenziato tramite immunofluorescenza (una tecnica che permette di vedere dove si trova la proteina nella cellula) e western blot (una tecnica che quantifica la quantità di proteina presente).
Ma il risultato più significativo è arrivato dai test in vivo su topi con mutazione nonsense nel gene CFTR. “Abbiamo testato la molecola NV848 su topi con mutazione nonsense, osservando il recupero dell’espressione della proteina nei polmoni, sia tramite western blot che immunoistochimica”, hanno riferito.
Il fatto che la molecola funzioni non solo in cellule isolate in provetta, ma anche in un organismo intero, è un passaggio cruciale verso lo sviluppo clinico. Questi risultati hanno portato alla brevettazione delle molecole e alla concessione del brevetto a una company americana per lo sviluppo ulteriore.

Immunodeficienza primaria: efficacia su cellule di pazienti
Il secondo esempio riguarda un’immunodeficienza primaria causata da mutazioni nel gene LRBA. Un paziente con questa condizione era stato trattato con uso compassionevole di ataluren e aveva mostrato benefici clinici, dimostrando che l’approccio TRID poteva funzionare anche in questa malattia.
Le professoresse hanno ottenuto cellule primarie da questo paziente e le hanno testate con le loro nuove molecole. “Abbiamo osservato il recupero della proteina LRBA, sia tramite western blot che immunofluorescenza. I nostri composti hanno mostrato efficacia superiore ad ataluren”, hanno riportato.
Questo è un risultato particolarmente significativo: non solo le nuove molecole funzionano, ma sembrano funzionare meglio del farmaco di riferimento ataluren. Inoltre, il fatto di testare le molecole su cellule di pazienti reali (non solo su linee cellulari di laboratorio) aumenta la rilevanza clinica dei risultati.

Distrofia muscolare di Duchenne: miglioramento della forza muscolare
La distrofia muscolare di Duchenne è una grave malattia genetica che causa degenerazione progressiva dei muscoli, portando a disabilità e morte prematura. È causata da mutazioni nel gene che codifica per la distrofina, una proteina essenziale per la struttura e la funzione delle fibre muscolari.
I topi mdx sono un modello animale di questa malattia, portatori di una mutazione nonsense nel gene della distrofina. “Trattati con NV848 per 15 giorni, abbiamo osservato un miglioramento della forza muscolare (grip test) e un recupero parziale della distrofina, dimostrato con immunoistochimica”, hanno riferito le professoresse.
Il grip test misura la forza con cui un topo riesce a tenersi aggrappato a una griglia: è un parametro funzionale che riflette direttamente la salute muscolare. Il fatto che il trattamento con NV848 migliori questo parametro suggerisce che il recupero della distrofina non è solo misurabile biochimicamente, ma ha effetti funzionali concreti.

Nuovi scaffold chimici e applicazioni oncologiche
Il lavoro non si è fermato alle tre molecole iniziali. “Abbiamo poi continuato a sviluppare nuovi scaffold chimici, utilizzando tutti i dati ottenuti per raffinare il modello farmacoforico. Anche questi nuovi composti mostrano attività promettente”, hanno spiegato.
Uno scaffold chimico è la struttura molecolare di base su cui vengono apportate modifiche. Esplorare scaffold diversi permette di identificare famiglie di composti con proprietà ottimizzate: maggiore efficacia, migliore farmacocinetica (come il farmaco si distribuisce nell’organismo), minori effetti collaterali.
Particolarmente interessante è l’accenno ad applicazioni oncologiche: “Siamo ora al lavoro su proteine come p53”. La proteina p53 è uno dei più importanti oncosoppressori: molti tumori presentano mutazioni in p53 che ne aboliscono la funzione. Se alcune di queste mutazioni fossero nonsense, i TRIDs potrebbero potenzialmente ripristinare la funzione di p53, fornendo un nuovo approccio terapeutico in oncologia.

L’impatto potenziale: 30 milioni di pazienti
Le professoresse hanno sottolineato le dimensioni dell’impatto potenziale: “Si stima che circa 30 milioni di pazienti potrebbero beneficiarne”. Questo numero deriva dalla somma di tutti i pazienti nel mondo affetti da malattie causate da mutazioni nonsense.
Ovviamente, affinché questo potenziale si realizzi, le molecole devono ancora superare le fasi di sviluppo preclinico e clinico, ottenere le approvazioni regolatorie, e diventare disponibili ai pazienti. Ma il fatto che un singolo approccio terapeutico possa potenzialmente beneficiare decine di milioni di pazienti con malattie diverse dimostra la potenza della medicina di precisione quando è orientata al difetto molecolare piuttosto che alla sindrome clinica.

Tre validazioni, un principio comune
Le professoresse hanno riassunto i risultati ottenuti: “Abbiamo validato i TRIDs in tre patologie: fibrosi cistica (CFTR), immunodeficienza (LRBA) e distrofia muscolare di Duchenne (distrofina)”.
Queste tre malattie sono molto diverse dal punto di vista clinico: una colpisce principalmente i polmoni, una il sistema immunitario, una i muscoli. Ma sono accomunate dal fatto di poter essere causate da mutazioni nonsense. Il fatto che le stesse molecole TRIDs funzionino in tutte e tre le patologie dimostra il principio fondamentale: il farmaco agisce sul difetto genetico comune, non sulla specifica malattia.
Questo approccio ha implicazioni importanti per lo sviluppo clinico. Invece di dover condurre studi clinici separati per ogni singola malattia rara (cosa spesso impossibile per mancanza di pazienti sufficienti), si potrebbe potenzialmente raggruppare pazienti con malattie diverse ma tutte causate da mutazioni nonsense, accelerando lo sviluppo e aumentando la potenza statistica degli studi.

Il ruolo di HEAL ITALIA
L’intervento si è concluso con ringraziamenti al gruppo di lavoro, ai collaboratori, agli studenti, e un ringraziamento specifico a HEAL ITALIA e al Prof. Moroncini. Questo progetto si inserisce nello Spoke 5 di HEAL ITALIA, dedicato all’identificazione di nuovi pathway terapeutici.
Il supporto di un programma come HEAL ITALIA è stato probabilmente cruciale per questo tipo di ricerca. Lo sviluppo di nuovi farmaci richiede investimenti significativi e continuativi, competenze multidisciplinari (chimica, genetica, modelli animali), accesso a tecnologie sofisticate, e spesso collaborazioni con partner industriali per le fasi più avanzate di sviluppo.
Dalla ricerca di base alla speranza clinica
Il lavoro delle Prof.sse Pibiri e Lentini rappresenta un esempio virtuoso di come la ricerca di base possa tradursi in potenziali applicazioni cliniche concrete. Partendo dalla comprensione del meccanismo molecolare delle mutazioni nonsense, hanno progettato razionalmente nuove molecole, le hanno testate sistematicamente su modelli sempre più complessi (da cellule in provetta a topi), hanno ottenuto protezione brevettuale, e hanno avviato collaborazioni con l’industria per lo sviluppo ulteriore.
Questo è esattamente il tipo di percorso di ricerca traslazionale che la medicina di precisione richiede: dalla comprensione del meccanismo molecolare alla progettazione razionale di interventi terapeutici mirati.
Per i pazienti con malattie causate da mutazioni nonsense, attualmente privi di terapie efficaci dopo il ritiro di ataluren, questo lavoro rappresenta una speranza concreta. Le molecole dovranno ancora superare le fasi di sviluppo preclinico (test di tossicologia, farmacocinetica, formulazione) e poi gli studi clinici nell’uomo, un percorso che richiederà anni. Ma i risultati ottenuti finora sono abbastanza promettenti da giustificare un cauto ottimismo.
Come sottolineato ripetutamente durante il convegno, la medicina di precisione per le malattie rare non è solo un dovere verso i pazienti affetti, ma anche una strategia per sviluppare paradigmi terapeutici innovativi applicabili più ampiamente. Le mutazioni nonsense non causano solo malattie rare: sono presenti anche in alcuni tumori, in alcune forme di malattie neurodegenerative, e in altre condizioni. I TRIDs sviluppati per le malattie rare potrebbero quindi avere applicazioni molto più ampie, beneficiando potenzialmente milioni di pazienti in tutto il mondo.