Genetica I

Esempio: gli elementi regolatori del gene Sonic Hedgehog (Shh) sono legati da Sox2. Sox2 si trova

legato a 4 diversi interruttori del gene Sonic Hedgehog. Il prodotto del gene Shh è una molecola

segnale, importante per lo sviluppo dell’ippocampo, difettivo nei pazienti con mutazioni in Sox2.

Durante lo sviluppo embrionale le molecole segnale sono critiche. Se Sonic Hedgehog è importante

nell’ippocampo allora la domanda diventa, com’è l’attività di Sonic Hedgehog nei pazienti malati? 5

Topi mutanti in Sox2 su una delle due copie producono pochissimo Sonic Hedgehog.

Cellule staminali neurali adulte dell’ippocampo, prese in un modello animale di malattia genetica,

possono essere recuperate somministrando molecole segnale appropriate, ovvero un farmaco

agonista di Shh. Un farmaco agonista è un farmaco che compete con Sonic Hedgehog per il suo

recettore.  

Quindi: mutazione del gene Sox2 perdita delle cellule staminali espressione di Sonic

Hedgehog molto ridotta. Somministrando il farmaco che mima Sonic Hedgehog le cellule staminali

tornano ad essere presenti; sono circa la metà del normale ma comunque sono presenti. La

morfologia dell’ippocampo torna più simile a quella normale.

Le sequenze bersaglio (target) di Sox2 nelle cellule neurali sono almeno 15000.

L’epilessia è una malattia piuttosto comune con una componente genetica. È possibile che una

delezione di Sox2 possa determinare l’epilessia. Nei pazienti affetti da epilessia questa è sempre

associata a mutazione di Sox2.

Possiamo immaginare allora che mutazioni di Sox2 possano contribuire allo sviluppo di patologie

come la riduzione dell’ippocampo. È possibile però che la riduzione dei livelli di Sox2 dia riduzione

dell’ippocampo o epilessia solo se combinata ad altri fattori genetici o ambientali.

Problemi del movimento o atassie sono un altro aspetto che caratterizza i pazienti affetti da

mutazioni di Sox2.

I geni sono controllati da interruttori genici. Spesso questi interruttori si trovano molto lontano dai

geni. Il promotore sta sempre a monte del gene; gli enhancer invece possono essere molto lontani

dal gene ma possono essere fisicamente associati ai geni nel nucleo della cellula, mediante

interazioni “a lunga distanza” mediate da proteine.

Questo fenomeno è particolarmente importante nelle cellule eucariotiche di mammifero. In almeno

la metà dei casi si è visto che tra il promotore del gene x e il suo enhancer che ne regola l’attività

tramite un’interazione a lunga distanza, c’è un altro gene in mezzo.

Queste interazioni a lunga distanza vengono perse quando il gene è mutato. Le mutazioni che

causano la malattia non sono localizzate solo sui geni ma possono avvenire anche sugli elementi

regolatori. Se sappiamo che il determinato elemento regolatore è associato al gene x sappiamo che

la mutazione dell’elemento regolatore può essere la causa della malattia.

Lo studio di interruttori genici ed enhancer è legato a studi applicativi clinici.

Talassemia o anemia mediterranea: Il globulo rosso è pieno di emoglobina, cosa fondamentale

per la sua funzione. Le persone affette da questa malattia producono poca emoglobina e presentano

globuli rossi difettivi che vengono degradati precocemente; questo stimola il midollo a produrne di

nuovi. Se la malattia non viene trattata si ha come conseguenza l’accumulo di ferro nei parenchimi,

cosa molto grave. 6

Le mutazioni talassemiche sono mutazioni che impediscono il funzionamento di geni che

codificano per le catene globiniche. L’ipotesi di terapia è quella di aggiungere un gene terapeutico

nel paziente. Dobbiamo restituire un gene globinico che funzioni tanto e nel posto giusto, ovvero gli

eritroblasti.

Cosa serve al gene globinico aggiunto per funzionare a livello adeguati? Gli “interruttori”

molecolari giusti!

A livello dei geni che codificano le varie catene globiniche nell’uomo, solo il promotore del gene

non contiene l’informazione sufficiente per un’attività elevata. Se prendiamo un altro gene,

facciamo un costrutto molecolare e lo inseriamo nel genoma di un topo (nel pronucleo fecondato

dell’animale) il transgene umano è trascritto molto di più, quasi al pari di quello endogeno. L

“interruttore” LCR (Locus Control Region), posto a monte del gene globinico, stimola la sua attività

in modo selettivo per le cellule produttrici di emoglobina (globuli rossi). LCR è un forte enhancer

fisicamente connesso con il promotore dei geni globinici. È importante che questo gene sia attivo

non solo a livelli elevati ma anche in cellule specifiche.

Ipotesi di terapia: è possibile prelevare le cellule del midollo e coltivarle in vitro. Il tessuto

ematopoietico si rinnova per tutta la vita dell’individuo tramite cellule staminali che risiedono nel

midollo osseo. L’idea di terapia è che sia necessario modificare la cellula staminale che è quella che

dà origine a tutte le cellule del sangue.

La cellula staminale ematopoietica è rarissima. Questo fa sì che per avere speranza di introdurre la

terapia genica in queste cellule dobbiamo usare i vettori virali, in quanto molto efficienti. Mettiamo

in un virus un minigene curativo e lo iniettiamo nelle cellule del paziente coltivate in vitro. Queste

cellule vengono poi reinfuse nel midollo dell’individuo. Attualmente questa terapia è risultata

funzionante nel topo. 7

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