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Virus e Tumori

11 luglio 2011 in dendrite by Manuel | 1 comment

Un dato molto interessante è che il 15% dei tumori umani è da associare ad una pregressa infezione virale. Ovviamente è una stima, ma è indicativa del fatto che quando pensiamo agli agenti cancerogeni ci vengono in mente le radiazioni, ci viene in mente l’amianto, difficilmente ci verrà in mente un Virus. Il processo prende il nome di Carcinogenesi Virale e i virus in questione sono detti virus oncògeni. Un virus è un agente infettivo che per replicarsi deve parassitare le cellule. Ogni organismo vivente, dai batteri agli animali, ha i suoi propri virus. Fisicamente i Virus sono costituiti da una capsula proteica esterna, chiamato capside, il quale contiene al suo interno il genoma virale che può essere costituito da DNA o RNA a singolo o doppio filamento a seconda dei virus. Il virus per infettare una cellula deve a tutti gli effetti entrarci dentro. Il meccanismo di entrata è particolare per ogni virus e dipende dall’interazione di proteine virali con proteine cellulari. Una volta entrato, il virus deve fare sintetizzare alla cellula le proteine codificate dai geni virali. Alcune di queste proteine inibiscono le difese cellulari intrinseche, che porterebbero la cellula a bloccarsi impedendo così al virus di replicarsi, altre fanno in modo che la cellula diventi “invisibile” al sistema immunitario che potrebbe riconoscere e distruggere la cellula infetta (bloccando l’espressione delle proteine del complesso maggiore di istocompatibilità di classe I). Altre andranno a costituire il futuro capside virale. Oltre alle proteine virali il virus deve replicare il suo genoma, che andrà racchiuso nel capside del futuro virus. L’infezione virale è un processo o bianco o nero, cioè o produce virus nuovi oppure il virus entra in uno stato di latenza. E’ questo stato di latenza che ci interessa perchè è durante questo stato che può iniziare la carcinogenesi. Non tutti i virus sono ovviamente oncògeni e il processo non è matematico, cioè non basta essere infettati per sviluppare il tumore. Ci sono diversi modi con cui i virus possono trasformare, qui ne vedremo alcuni. Il primo virus ad essere associato ad un tumore è stato il Virus di Epstein-Barr. Questo virus è l’agente eziologico della Mononucleosi Infettiva, ed è estremamente diffuso anche se solo una piccola parte degli infetti ha sviluppato la mononucleosi. In realtà il Virus è stato associato a diverse neoplasie, in particolar modo il linfoma di Burkitt, il linfoma di Hodgkin e il carcinoma nasofaringeo. Il virus rimane in forma latente in cloni di cellule B o nelle cellule epiteliali. Queste cellule esprimono alcuni antigeni virali chiamti EBNAs (Eipstein-Barr Nuclear Antigens) e alcune proteine di membrana chiamate LMP1 e LMP2 (Late Membrane Protein). Queste proteine hanno un ruolo chiave nell’alterare la proliferazione cellulare, inibire l’apoptosi e rendere così immortali i cloni infetti. Questo, ripeto, non significa che basti l’infezione a causare la neoplasia, sono necessarie altre concause per lo più ignote, ma si è visto che questo tipo di tumori, quello di Burkitt almeno, appare soprattutto in popolazioni economicamente sottosviluppate e con la malaria endemica. Questo probabilmente oltre a sigtnificare un generale stato di immunodeficienza (malnutrizione) vuol dire che è necessario un continuo stimolo immunitario per permettere ai cloni immortalizzati di espandersi. Quello che deve essere chiaro è che se una neoplasia si origina da un clone cellulare che ha un’alterata proliferazione cellulare (e non solo) allora sembra legittimo chiedersi dove sia la causa di questa disregolazione. Bisogna cercare la risposta a livello dei geni. Man mano che venivano trovati i geni responsabili (direttamente o indirettamente) venivano divisi in oncogeni (OG) (si legge oncogèni) e in oncosoppressori (OS). I primi hanno un ruolo positivo sulla proliferazione e sopravvivenza cellulare e se fisiologicamente vengono attivati solo quando è richiesto, in una cellula neoplastica alcuni di loro sono costantemente attivati con ovvi risultati. Ma non basta, è necessario che quei geni che normalmente inibiscono la proliferazione o determinino la morte cellulare vengano irreversibilmente bloccati. Questi sono gli OS. E’ come avere un’automobile: o si rimpono i freni, o l’acceleratore è sempre premuto o meglio ancora entrambe le cose. L’evoluzione ha fatto sì che gli attori in questi processi (proliferazione, sopravvivenza/morte, ecc..) fossero ridondanti, in modo che se anche uno di essi dovesse mancare ci sarebbe un altro a prendere il suo posto. Non a caso, i geni che maggiormente ono stati coinvolti in neoplasie sono geni centrali nelle vie di segnalazione. Il secondo virus di cui parlerò è il virus del papilloma. Appartiene ad una famiglia diversa da EBV, perchè quest’ultimo è un Herpesvirus mentre il nostro HPV è un papovavirus. HPV (così lo chiameremo) è il virus che più comunemente causa le verruche. Alcuni ceppi però, in particolare HPV16, 18, 31 e 45, sono considerati ad alto rischio per il carcinoma squamoso della cervice uterina. In questo caso l’immortalizzazione delle cellule epiteliali dell’utero (che sono le cellule target del virus) è dovuta all’espressione di due geni precoci del virus early 6 e early 7. Questi due geni codificano per due proteine che hanno lo scopo di eliminare le inibizioni del ciclo cellulare. E6 infatti inibisce la proteina cellulare P53 che è uno dei più importanti oncosoppressori cellulari ed è considerato il guardiano del genoma. E7 invece inibisce RB, anche questo un importantissimo oncosoppressore che normalmente blocca il ciclo cellulare in fase G1. Normalmente il genoma virale di HPV (DNA) rimane separato da quello cellulare. In alcuni casi però può capitare che si integri (che si inserisca) a livello cromosomico. Questo può portare al danneggiamento del genoma virale stesso e se da questa integrazione il virus non fosse più in grado di completare il suo ciclo ma queste due proteine dovessero venire espresse allora la cellula sarebbe potenzialmente trasformata. HPV si trasmette, tra le altre cose, per via sessuale. Nel XVIII secolo un medico italiano constatò la virtuale assenza di cancro cervicale e la maggiore incidenza di cancro al seno nelle suore e monache. Questa osservazione di epidemiologia è estremamente importante, perchè indica come le abitudini sessuali abbiano un certo impatto sulla nostra salute. Per quanto riguarda il cancro alla cervice uterina, essendo suore e avendo in media meno rapporti sessuali rispetto alla popolazione, avevano un rischio minore di infettarsi con HPV. Per quanto riguarda il tumore al seno pare evidente che, essendo questi tumori prevalentemente ormone-dipendenti (almeno nelle prime fasi), queste donne, non avendo mai gravidanze (almeno in teoria) hanno una continua e ciclica esposizione endogena agli estrogeni, che sono uno dei fattori promuoventi il cancro al seno. Ci sarebbero altri virus di cui sarebbe interessante parlare (HBV, HCV, HTLV-1 e 2), ma allungherei eccessivamente la trattazione. Voglio concludere il discorso con un aspetto molto intrigante. Esistono dei virus appartenenti alla famiglia dei retrovirus che vengono denominati virus trasformanti acuti. Sono tra gli agenti cancerogeni più potenti che esistono (fortunatamente non ci sono tra questi virus umani). E’ stato proprio grazie a questi virus che si è iniziato a parlare di oncogeni. All’inizio del secolo scorso un medico americano, Francis Peyton Rous, scoprì che un particolare sarcoma di pollo (ora noto come sarcoma di Rous, appunto) poteva essere trasmesso da un animale all’altro semplicemente iniettando in quest’ultimo porzioni di tumore; cosa abbastanza insolita, poiché normalmente le cellule estranee ad un organismo vengono distrutte da quest’ultimo (a meno che il ricevente non sia immunodeficiente). Ci doveva essere quindi un agente che trasmetteva il cancro, e questo agente era più piccolo di un batterio poiché non veniva trattenuto dai filtri che normalmente trattenevano i batteri; all’epoca la virologia stava muovendo i primi passi. Anni più tardi, negli anni 50, si scoprì che questo agente infettivo responsabile dei tumori era un virus a RNA, chiamato Virus del Sarcome di Rous (un sarcoma aviario). La parte interessante è capire qual’è il meccanismo che porta alla trasformazione. Come tutti i retrovirus, anche RSV integra il suo genoma in quello dell’ospite. Questa integrazione può portare all’instaurazione della latenza. La grande particolarità di questo virus e di molti altri che si scoprirono nei decenni successivi, è che il genoma codificava per una proteina tirosina chinasica (nella famiglia delle proteine con attività tirosina chinasica si trovano moltissimi oncogeni), ed era questa proteina a determinare la trasformazione. Studiando il gene di src (così venne chiamata) si scoprì che presentava numerose omologie con altri geni presenti in moltissimi altri organismi (tutti i vertebrati). La conclusione fu che questo gene non era un gene virale, ma era un gene che il virus deve aver trattenuto nel suo genoma durante un ciclo di infezione chissà quando nell’evoluzione. Questo gene ha poi subito mutazioni che l’hanno reso costantemente attivato e pertanto altamente oncogenico. Quindi questi virus hanno nel loro genoma geni cellulari (chiamati generiamente c-onc) che accumulando mutazioni diventano costitutivamente attivati diventando v-onc.

Bibliografia:

“Infectious agents in human cancers: Lessons in immunity and immunomodulation from gammaherpesviruses EBV and KSHV”; Graham S. Taylor, David J. Blackbourn, Cancer Letters 2011.
“Viral Carcinogenesis: rivelation of molecular mechanisms and etiology of human disease”; Janet Butel, carcinogenesis 2000.
“MOLECULAR MECHANISMS OF CANCER” Georg F. Weber

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Immunosorveglianza e Immunoterapia

26 dicembre 2010 in dendrite by Manuel | 4 comments

Nemmeno le feste natalizie mi impediscono di scrivere qualcosa. Ammetto che ciò di cui sto per scrivere è un argomento che mi è sempre molto interessato, ed è anche di forte forte attualità. Anche il nome ha il suo fascino: Immunosorveglianza. L’immunosorveglianza è un termine generico, e si intende la capacità del sistema immunitario di monitorare il nostro organismo e di proteggerlo. Il nostro sistema immunitario si è evoluto per milioni di anni ed ha sviluppato due proprietà estremamente importanti: la specificità e la memoria La prima è la capacità di attivarsi unicamente in seguito al contatto con un antigene specifico, dove per antigene intendiamo componenti strutturali di origine proteica. A questo dobbiamo aggiungere l’enorme diversificazione che il SI è in grado di sviluppare. Con questo intendo che la capacità delle cellule dell’immunità specifica di riconoscere antigeni estranei è teoricamente infinita. Esistono in linea teorica cellule specifiche per ogni antigene possibile. Sia la specificità che la diversificazione sono dovute a dei recettori espressi sulla membrana delle cellule immunitarie, i quali presentano delle aree ipervariabili e che corrispondono ai siti di legame con l’antigene. La seconda proprietà è la memoria, ovvero la capacità di conservare anche per tutta la vita dell’individuo, dopo una reazione immunitaria, delle cellule (chiamate cloni memoria) in grado, se dovessero rivenire a contatto con lo stesso antigene, di attivare una risposta immunitaria più rapidamente della volta precedente e molto più forte. Su queste due proprietà si basano i vaccini di cui tanto sentiamo parlare. Si stimola il nostro sistema immunitario con antigeni di microrganismi, in modo da generare una risposta immunitaria specifica che lasci una memoria.
C’è poi una terza caratteristica del nostro sistema immunitario, che è fondamentale come e quanto le altre due, e che se viene a mancare genera malattie estremamente gravi: sto parlando della tolleranza. La tolleranza è la capacità di generare una risposta immunitaria soltanto nei confronti di antigeni estranei all’organismo (non-self), e di tollerare gli antigeni propri dell’organismo (self). Se questa tolleranza si dovesse rompere, come a volte accade, si genererebbero delle malattie auto-immunitarie, come l’artrite reumatoide, la sclerosi multipla e, purtroppo, molte altre ancora.
Prima di venire al dunque, vorrei solo ricordare brevemente quali sono le componenti del sistema immunitario. Nonostante quello che ho detto fino ad ora, esiste anche una parte del sistema immunitario che è aspecifico. E’ quello evolutivamente più antico, a giudicare dal fatto che lo possiedono anche invertebrati. Nonostante sia aspecifico, e quindi reagisca indipendentemente dalla natura dello stimolo, è estremamente importante per due motivi: innanzitutto è molto più rapido ad attivarsi rispetto all’immunità specifica, secondo è indispensabile per attivare quest’ultima. Dell’immunità aspecifica fanno parte le cellule fagocite professioniste, come i Macrofagi, i Granulociti, cellule presentanti l’antigene come le Cellule Dendritiche (DC), e infine delle cellule ad attività citotossica come le cellule Cellule Natural Killer (NK).
Del sistema immunitario specifico, invece, fanno parte i Linfociti B e i Linfociti T . I primi sono i responsabili della produzione di Anticorpi. Gli anticorpi sono proteine che generalmente vengono secrete da queste cellule, e sono una delle armi dell’immunità specifica. Gli anticorpi infatti sono antigene-specifici. I linfociti T si dividono in diverse sottopopolazioni, ma in genere si distingono in Helper e Citotossici. Normalmente vengono chiamati CD4+ i primi e CD8+ i secondi, in base alla presenza della proteina CD4 o CD8 in membrana. I CD4+ sono diciamo i direttori d’orchestra dell’immunità specifica. I linfociti CD8+ sono invece dei Killer cellulari.
Benissimo. dopo questo intenso ripasso, veniamo al clou. L’immunosorveglianza è quindi la capacità di tutto il sistema immunitario di vigilare, monitorare, insomma, tutto quello che volete. In genere però si usa questo termine per indicare la sorveglianza nei confronti dei Tumori. La capacità del nostro sistema immunitario di riconoscere e distruggere le cellule tumorali è stata oggetto di molti dibattiti. E’ risaputo che, in caso di immunodeficienza,il rischio di sviluppare tumori (anche molto rari) è più alto rispetto ai non immunodeficienti. In vitro, le cellule NK e i Linfociti T CD8+ sono in grado di uccidere le cellule tumorali. Le masse tumorali contengono spesso cellule del sistema immunitario attivate. C’è anche da dire che, nei casi di immunodeficienza la maggiorparte dei tumori sono di origine virale (Sarcoma di Kaposi,Linfoma di Burkitt ecc..). Quindi, sicuramente il nostro SI ha un ruolo nell’immunosorveglianza, ma è ancora da definire quanto sia importante.
La domanda che vi sareste dovuti porre è: Le cellule tumorali non sono comunque componenti del self? Come fa il nostro sistema immunitario a riconoscerle? A questa domanda ci sono diverse risposte. Le cellule tumorali possono esprimere proteine alterate (ricordiamo che le cellule tumorali accumulano numerose mutazioni genetiche, che si riflettono sulla proteina stessa), e che potrebbero essere riconosciute come non self dalle cellule del sistema immunitario. In questo caso avremmo l’azione sia di CD8+ che di anticorpi prodotti da Linfociti B. Alcuni tumori possono esprimere proteine che normalmente non dovrebbero essere espresse, ad esempio proteine fetali, come l’alfafetoproteina. Se i tumori sono di origine virale, le cellule possono esprimere proteine virali.
Se il sistema immunitario riuscisse ad attivarsi in risposta a questi antigeni alterati, teoricamente si potrebbe avere la distruzione delle cellule tumorali. A questo proposito si sono sviluppate diverse tecniche nella terapia dei tumori, che sfruttano il sistema immunitario dell’ospite. Prima fra tutte, i cosiddetti vaccini tumorali. Che non sono, come i vaccini comuni, mezzi di prevenzione, ma vere e proprie terapie. Si basano sulla formulazione di vaccini contenenti antigeni tumorali, che dovrebbero stimolare il sistema immunitario e che dovrebbero quindi indirizzarlo contro le cellule neoplastiche. Vi potreste chiedere a cosa serva vaccinare con proteine che sono già presenti nel tumore, non dovrebbero bastare quelle? Innanzitutto nelle formulazione dei vaccini si aggiungono sempre degli “adiuvanti” ovvero molecole che aumentano l’entità della risposta immunitaria in modo aspecifico. Secondo, lo scopo è quello di potenziare una risposta immunitaria già avviata, non quella di crearne una ex novo. Per alcuni tipi di tumore si dispongono di vaccini contenenti già degli antigeni che è noto il tumore esprima. Infatti ci sono diversi casi i cui il tumore si presenta allo stesso modo in tutti i pazienti. Negli altri casi, in cui non si riesca a trovare un profilo antigenico noto, è possibile ricavare gli antigeni direttamente dalle cellule tumorali stesse.
Risultati sperimentali sembravano essere abbastanza promettenti. Ma l’applicazione clinica non ha dato gli effetti sperati. Questo per diversi motivi. Innanzitutto, se un tumore ha evaso l’immunosorveglianza dell’ospite e si è accresciuto, evidentemente è perché le cellule tumorali hanno imparato ad evadere il sistema immunitario proprio come riescono a farlo numerosi microrganismi. Se, infatti, le cellule tumorali sono sottoposte ad una forte pressione selettiva, dovuta a chemioterapici o all’immunoterapia, è probabile che vengano selezionati i cloni via via più resistenti, i quali riusciranno ad espandersi, rendendo così inefficace la terapia. Alla fine ciò che avviene in un tumore è un processo microevolutivo, in cui da una cellula iniziale si generano dei cloni i quali si differenziano man mano tra di loro accumulando mutazioni.
Ci sono diversi modi attraverso i quali è possibile evadere il sistema immunitario. Ad esempio riducendo l’espressione dell’antigene, oppure esprimendo proteine in grado di inattivare le cellule immunitarie (famosa è la coppia FAS / FAS-Ligando). Inoltre la popolazione di cellule in un tumore è molto eterogenea, e non tutte le cellule esprimono gli stessi antigeni. Pertanto è complicato vaccinare il paziente contro tutti gli antigeni. (è anche vero che non tutti gli antigeni tumorali sono immunogeni, ma soltanto pochi di essi riescono ad attivare una risposta). Quindi, nonostante, almeno in linea teorica l’immunoterapia presenti molti vantaggi rispetto alle tradizionali terapie anti-neoplastiche, ci sono diversi aspetti che ne riducono l’efficacia. Tra diversi anni se si riusciranno a migliorare i protocolli terapeutici sarà possibile sperare in risultati migliori.
Va anche detto che i vaccini antitumorali non sono l’unica arma dell’immunoterapia. Attualmente sono disponibili farmaci a base di anticorpi monoclonali che sono specifici nei confronti di particolari proteine tumorali di membrana. Il legame dell’anticorpo al suo antigene ne determina il blocco funzionale ed una più facile eliminazione della cellula tumorale. Un esempio è il Trastuzumab, (di solito i farmaci il cui nome termina con Ab sono degli anticorpi monoclonali) che è rivolto contro una proteina della famiglia degli EGFRs. Gli EGFRs, o recettori per il fattore di crescita dell’epidermide, sono dei recettori Tirosina Cinasi che sono molto spesso iper attivati nei carcinomi mammari, polmonari, epatici. Anche in alcune leucemie e linfomi. Esistono 4 recettori appartenenti a questa famiglia: ErbB1,2,3 e 4. Il farmaco in questione è rivolto contro il recettore ErbB2. Essendo quindi un oncogene, se un anticorpo si lega alla porzione extracellulare di questo recettore bloccandolo, la cellula tumorale non avrà più gli stessi stimoli che aveva prima e, se la terapia funziona, il tumore dovrebbe regredire.

Questo è quanto. Se avete dubbi, o domande o se notate errori usate i commenti. Alla prossima.

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Fattori di trascrizione e Promotori, un sistema chiave/serratura

24 ottobre 2010 in lente di barlow by Manuel | 1 comment

Era decisamente ora che scrivessi qualcosa. Ammetto che scegliere l’argomento è stato quantomeno complicato. Da una parte c’era la famosa sperimentazione made in Italy di un vaccino contro l’HIV, dall’altra avevo in serbo alcuni argomenti di Biologia molecolare. Ovviamente ho scelto la Biologia Molecolare! E’ un argomento abbastanza vago e vasto, lo ammetto, però interessante.
I famosi Promotori. Famosi forse per chi li studia, ma un po’ meno noti per chi invece non è di questo campo.  I promotori sono delle sequenze di DNA non codificante che però hanno una funzione precisa: regolare la trascrizione dei geni che controllano. Di solito i promotori sono sequenze immediatamente a monte del TSS (transcription Start Site o Sito di Inizio della Trascrizione) del gene, mentre tutte le sequenze promotrici situate più distalmente (anche migliaia di basi) dal TSS sono chiamate enhancer.
Regolano la trascrizione e quindi l’espressione genica della cellula. In che modo dunque? Abbiamo detto che sono delle sequenze. Queste sequenze sono riconosciute e legate da particolari proteine chiamate fattori di trascrizione. In maniera un po’ semplicistica possiamo dire che questi fattori di trascrizione stabilizzano il legame della RNA polimerasi, che è l’enzima, o meglio il complesso enzimatico, che è responsabile della sintesi dell’RNA messaggero usando come stampo uno dei due filamenti del DNA.
I promotori sono sempre stati eccessivamente semplificati. Per numerose decadi si pensava fossero delle sequenze precise e ben conservate alle quali si davano nomi diversi, ad esempio la TATA box era una di queste sequenze (ricca in T ed in A) situata circa 30 paia di basi dal TSS. Questi tipi di promotori sono quelli che ora vengono chiamati Textbook Promoters, promotori da libro di testo, perchè sono il modello di promotore che ancora adesso, nei corsi di primo livello, vengono insegnati. Non è che non esistano. Esistono eccome, però sono soltanto una piccola parte di questo immenso mare di sequenze. Come al solito la situazione è sempre più complessa di quanto la si possa spiegare.
L’isolamento e l’identificazione dei promotori è tuttora una grande sfida. Quasi un anno fa è uscito un articolo, su Genome Research, che pubblicava i risultati di una lunga ricerca proprio in questo campo: “Direct isolation and identification of promoters in the human genome”. Qual’è stato il loro metodo? In pratica sono andati a cercare tutte quelle sequenze genomiche in  cui era presente il complesso della RNApolimerasi ancora inattiva (che doveva cioè ancora iniziare la trascrizione) usando un anticorpo diretto contro l’RNApolimerasi. L’anticorpo si lega alla RNApol che a sua volta è legata alla sua sequenza di DNA la quale viene poi identificata ed annotata. Questo metodo viene chiamata ChIP ovvero Chromatine immuno-precipitation (mi rendo conto che è un po’ riduttivo spiegata in questo modo; chi volesse spaerne di più chieda pure). L’esperimento è stato condotto in triplice copia, in modo da ottenere una media dei risultati. La stragrande maggioranza delle sequenze trovate localizza nelle vicinanze del TSS del gene o comunque in una regione di 2.5 Kb.
Non per tutte le sequenze è stato possibile trovare una evidenza bioinformatica. Per queste sequenze è stato condotto un test sperimentale associandole a dei geni la cui espressione può essere monitorata facilmente (geni reporter) ad esempio la GFP. In questo modo è stato possibile dimostrare che molte di queste sequenze erano degli effettivi promotori perchè permettevano l’espressione del gene reporter. Quelle sequenze che nemmeno in questo modo sono risultate essere dei promotori, molto probabilmente sono dei falsi positivi.
In questo modo sono stati identificati diversi promotori che prima non si conoscevano.
Dicevo poco fa che i promotori del modello TATAbox sono riduttivi. Qual’è quindi il nuovo modello di promotore che ha soppiantato quello vecchio? Nella stragrande maggioranza dei casi (una stima dell’82%) i promotori sono cosiddetti CG rich. Ovvero non hanno una sequenza definita, ma sono molto ricchi (statisticamente più della media) di CG e sono estremamente più variabili. Sono chiamati Broad spectrum promoters poichè al contrario dei promotori TATAbox non fanno partire la trascrizione da un TSS singolo. ovvero I geni che sono sotto questi promotori sono trascritti a partite da TSS diversi. Gli RNAmessaggeri derivanti avranno quindi un sito di inizio differente (il che non vuol dire necessariamente che la proteina codificante sarà poi diversa, perchè un conto è il Sito di Inizio della Tracrizione, un altro conto è il Sito di Inizio della Traduzione: tra i due c’è una regione chiamata 5′-UTR). Questo ha un suo senso. Nel post sull’evoluzione del concetto di gene che ho scritto qualche mese fa ho detto che attualmente si stima che la maggiorparte dei geni possono essere letti in maniera differente dando origine a prodotti diversi. Variare il sito di inizo è una delle vie per rendere possibile ciò.
Questi promotori possono anche essere bidirezionali, ovvero dare origine a trascritti a partire da entrambi i filamenti del DNA nelle due opposte direzioni.
Ora che abbiamo un’idea sulla complessità dei promotori, possiamo addentrarci sulla loro funzione.
Abbiamo detto che su questi promotori si legano delle proteine, i fattori di trascrizione. Ad oggi sono stati identificati circa 1400 diversi tipi di fattori di trascrizione, molti dei quali sono tessuto specifici. Hanno dei domini che legano sequenze di DNA. Legandosi a queste sequenze innescano un meccanismo di Reclutamento di altre proteine le quali attivamente modificano lo stato degli istoni attraverso acetilazioni/deacetilazioni, metilazioni/demetilazioni e altre modificazioni covalenti. La modificazione degli istoni rende possibile o impossibile alla RNApolimerasi di di legarsi al DNA regolandone lo stato di avvolgimento e superavvolgimento sugli Istoni.  Attraverso quindi modificazioni epigenetiche si rende possibile o meno l’espressione genica. Sono stati fatti dei lavori, uno in particolare molto bello, sul reclutamento di proteine modificatrici della cromatina a livello dei siti di legame di alcuni fattori di trascrizione, in particolare il recettore per gli estrogeni. Attraverso studi di chromatine immune precipitation si è visto che nella maggiorparte dei casi il reclutamento segue dei cicli temporali predefiniti e discreti, e non è quindi un processo continuo.  C’è quindi anche un aspetto temporale e spaziale da definire. Questo rende la faccenda molto intrigante.
Concludo con una considerazione. I fattori di trascrizione regolano l’equilibrio vitale di una cellula. Ognuna delle cellule di un tessuto esprime un suo pattern di fattori di trascrizone, che non è detto che sia identico per ogni cellula di quel tessuto. C’è anche da tener conto dell’identità specifica di ogni cellula. Modificazioni dell’attività dei fattori di trascrizione possono portare allo svliluppo di neoplasie per motivi evidenti. E’ noto il ruolo dei fattori di trascrizione noti come recettori degli estrogeni nello sviluppo del cancro alla mammella. Il Tamoxifen è un farmaco storico che inibisce questi fattori di trascrizione ottenendo dei buoni risultati!

Con questo è tutto, alla prossima.

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Silenziamento genico indotto

20 ottobre 2008 in dendrite by Manuel | 4 comments

Ho sentito ieri sera al Tg La7 una notizia interessante: dei ricercatori della Sapienza hanno ottenuto risultati interessanti su una cura per il carcinoma alla prostata, basato sul silenziamento genico indotto dall’RNA. Dunque, poiché questo post è rivolto a chiunque abbia un po’ di interesse, voglio fare alcuni accenni introduttivi.
Ogni organismo ha un suo genoma, ovvero l’insieme dei suoi geni. Questi geni portano nella loro sequenza nucleotidica un’informazione specifica che per venire utilizzata deve essere tradotta dal linguaggio del DNA a quello delle proteine (non è sempre così, ma assumiamo per semplificazione di sì) e questa traduzione avviene mediante un trascritto intermedio di RNA (chiamato RNA messaggero, o mRNA), sintetizzato da una RNApolimerasi II utilizzando il DNA del gene in questione come stampo. Ora, la cellula non trascrive sempre e continuamente tutti i geni che ha nel suo genoma,  ma attraverso un complicato processo di regolazione genica, che si esplica a più livelli, seleziona i geni da trascrivere; alcuni saranno sempre trascritti durante la sua vita, i cosiddetti geni housekeeper, altri geni saranno trascritti se e quando ce ne sarà il bisogno, ad esempio in risposta a stimoli esterni, altri invece non verranno mai trascritti da quella cellula.
Un cancro è una malattia genetica, risultante da un cambiamento della sequenza di particolari geni; siccome ho già scritto un post in proposito, ve ne copio un pezzo, per rinfrescare la memoria:

In particolari casi, tuttavia, se vengono modificati particolari geni, la cellula da una parte non riesce a ripararli, dall’altra non si autodistrugge, e si trasforma così in cellula cancerosa. I particolari geni di cui parlavo si dividono in due classi, o famiglie, quella degli oncogeni e quella degli oncosoppressori. Gli oncogeni sono geni che normalmente svolgono funzioni vitali per la cellula e se sono regolari sono chiamati protoncogeni, come acceleratori della proliferazione cellulare, o da inibitori dell’apoptosi (ma non solo); se questi vengono modificati in modo da essere sempre funzionanti o non disattivabili, allora si trasformano in oncogeni, e si genera un tumore. D’altra parte, gli oncosoppressori sono quei geni che normalmente rallentano la proliferazione, inducono apoptosi, ecc.. e se vengono modificati in maniera disattivante allora, non svolgendo più la loro azione di freno, si genera un tumore.

Fino a diverso tempo fa le cure per il cancro erano aspecifiche, nel senso che avevano effetti citotossici generali, sia sulle cellule tumorali, ma anche su quelle sane; è già da alcuni anni tuttavia che si sta cercando di seguire un’altra filosofia, ovvero di creare cure e terapie mirate per i diversi tipi di cancro, e personalizzate per ogni individuo, essendo ognuno di noi diverso dall’altro; questo richiede ovviamente approfondite conoscenze che abbiamo solo in parte. Tuttavia, appunto, proprio ieri ho sentito di questa nuova possibile cura (in via di sperimentazione, sia chiaro) che si basa sul silenziamento genico indotto dall’RNA
Per silenziamento genico intendiamo quel fenomeno attraverso il quale l’informazione contenuta in un gene non viene più utilizzata, e questo silenziamento può avvenire a più livelli:

1) A livello di trascrizione: il gene non viene più letto dalla RNApolimerasi II (che è quella che sintetizza gli mRNA, quelli che saranno tradotti in proteine), e quindi non viene più prodotto l’mRNA di quel gene.

2) A livello post-trascrizionale, il gene in questione viene trascritto e produce il suo RNA corrispondente, ma questo viene in qualche modo inattivato, e quindi non si ha la traduzione in proteina.

3) A livello della traduzione: ovvero si bloccano i processi che portano l’mRNA ad essere tradotto in proteina

4) A livello post-traduzionale: in qualche modo la proteina viene inattivata prima che riesca a completare le sue finzioni.

Quindi se in qualche modo noi riusciamo a bloccare l’espressione di un gene che sappiamo essere implicato nello sviluppo di un cancro, possiamo in qualche modo aumentare le probabilità che il cancro regredisca. Come facciamo a bloccare l’espressione di un gene? Uno dei metodi possibili è quello sperimentato dai ricercatori della Sapienza, e si basa su una scoperta fatta alla fine degli anni ’90 e all’inizio del nuovo millennio che ha evidenziato il ruolo di alcuni RNA non codificanti nel silenziare un gene bloccando l’mRNA di quest’ultimo (silenziamento genico post-trascrizionale). Questi RNA silenziatori sono stati chiamati siRNA (small interference RNA) e miRNA (microRNA). Vediamone i meccanismi di azione, che sono per alcuni punti in comune.
I siRNA sono degli RNA a doppio filamento (dsRNA: double-stranded-RNA) che se presenti in una cellula portano alla distruzione selettiva degli mRNA aventi la stessa sequenza di uno dei due filamenti dell’siRNA. In maniera semplificata, il siRNA viene tagliato da una endonucleasi a RNA (un enzima che opera dei tagli sull’RNA in sequenze specifiche) che è stata chiamata Dicer. Questo frammento più piccolo di RNA si associa ad un complesso proteico RISC, che lo divide in filamenti singoli, uno dei due filamenti singoli si lega ad un mRNA che ovviamente deve essere complementare, e l’mRNA viene degradato dal complesso . Probabilmente questo sistema silenziamento indotto si deve essere evoluto per proteggere la cellula da quei Virus che hanno il loro genoma sottoforma di dsRNA; eliminando l’RNA messaggero complementare al dsRNA, si diminuiscono le probabilità che la cellula traduca proteine virali.
I miRNA invece sono degli RNA a singolo filamento (ssRNA: single-stranded-RNA) sottoforma di doppio filamento (alcune sequenze interne sono complementari tra loro e si appaiano). Derivano da dei segmenti del genoma (invece i siRNA sono esogeni), e una volta sintetizzati vengono tagliati da un’altra endonucleasi  a RNA chiamata Drosha, il prodotto della reazione viene trasportato nel citosol e da lì in poi il meccanismo è identico a quello dei loro cugini siRNA.
La terapia contemplava l’utilizzo di particolari miRNA su animali affetti da tumore alla prostata, e i risultati sono stati molto promettenti.

Lascio qui di seguito alcuni link (come sempre, se avete domande o correzioni da fare, fate pure!)

Servizio del TG

Torinoscienza

Santa Wiki

Airc

Enjoy

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