La biologia molecolare e il suo sempre maggiore ruolo nella

MEDICINA
A cura di Luigi M. Larocca *
La biologia molecolare
e il suo sempre maggiore
ruolo nella medicina moderna
a Biologia Molecolare è una branca della
biologia e della medicina che si occupa dello
studio delle componenti molecolari fondamentali
della cellula (acidi nucleici, proteine, grassi),
della loro struttura, della loro funzione e della loro possibile
alterazione patologica. Uno dei campi di analisi più recenti
e che va assumendo un ruolo sempre più importante
nella biologia e nella medicina è quello dello studio degli
acidi nucleici, DNA e RNA. Il primo infatti costituisce il
portatore di tutto il nostro patrimonio genetico, di tutte le
potenzialità della cellula e dell’intero organismo vivente
(nei pluricellulati); in poche parole esso rappresenta il
“cervello” della cellula e da esso vengono inviate al resto
del “corpo” cellulare tramite l’RNA che rappresenta nel
nostro schema i “nervi periferici”, tutti quei messaggi che
sono fondamentali per la
produzione delle proteine che sono
gli effettori ultimi del
mantenimento e dello sviluppo del
nostro “organismo”.
Questa branca della biologia
molecolare si è sviluppata negli
ultimi 20-25 anni e ha già
rivoluzionato con le sue scoperte
gran parte della biologia cellulare
e della medicina. In realtà, la
scoperta degli acidi nucleici e della
loro struttura è avvenuta intorno
alla fine degli anni 50. Per molto tempo però questi importanti
componenti cellulari sono rimasti poco conosciuti.
Ciò era dovuto in gran parte alla estrema difficoltà di
studio analitico fondamentalmente legata alla incapacità di
separare ed isolare queste molecole dalle altre componenti
cellulari. Si dovette attendere diversi anni perché si mettessero
a punto tecniche bioanalitiche specifiche per la estrazione
e la purificazione del DNA prima e dell’RNA
successivamente.
Tuttavia, il materiale che si otteneva era molto poco e
gli studi che si potevano fare erano limitati. Solo la scoperta
della reazione polimerasica a catena o PCR, valsa il premio
nobel al suo ideatore, ha permesso di compiere un enorme
pugliasalute
balzo in avanti in questo settore di ricerca. Kary B. Mullis
nel 1983 riuscì fondamentalmente a riprodurre “in vitro” il
sistema replicativo cellulare degli acidi nucleici e fu in
grado, quindi, di copiare il DNA o suoi frammenti per un
numero infinito di volte. In questo modo ecco che in poco
tempo si riuscivano ad avere grossi quantitativi di DNA che
erano uguali a quelli usati in partenza per la copiatura e che
ora permettevano tutte le possibili e immaginabili indagini
di studio.
Questo evento ha radicalmente modificato la biologia
molecolare. In poco tempo si sono potuti individuare i
geni responsabili della produzione di una determinata
proteina, la loro regolazione, la loro trascrizione e,
importantissimo, la loro possibile alterazione con
conseguente implicazione nello sviluppo di una
determinata patologia o di una
determinata malattia.
Si è anche capito che non sempre
tutte le patologie erano dovute ad una
singola alterazione molecolare a
livello del DNA o dell’RNA ma che
spesso vi era il concorso di multiple
alterazioni a livello genico o post
genomico. Insomma, in poco tempo
grazie a questa invenzione si è potuto
capire il ruolo principe nella biologia
cellulare degli acidi nucleici e
apportare una vera e propria
rivoluzione nella comprensione dei meccanismi fisiologici
e patologici che sono alla base della nostra vita.
Ma il ruolo della biologia molecolare non si è fermato
qui. Infatti, una volta capiti e individuati i meccanismi
molecolari che sono alla base del fisiologico e patologico
funzionamento della cellula, la biologia molecolare con
tecniche di analisi sempre più sofisticate è stata e sarà
in grado di giocare un ruolo fondamentale non solo nel
campo della diagnosi e della cura ma anche nel campo
della prevenzione di determinate malattie.
Nel campo della prevenzione le applicazioni della
biologia molecolare sono diventate numerosissime.
Basti pensare alla individuazione delle alterazioni
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genetiche che sono causa della Talassemia Minor e di
come sia possibile individuare con analisi specifiche se
si è o meno portatori del gene alterato responsabile della
malattia in modo di poter individuare precocemente le
coppie a rischio di generare soggetti omozigoti affetti
dalla malattia, così da effettuare sui figli uno screening
precoce e la cura più appropriata compreso, recentemente,
il trapianto di midollo.
Lo stesso dicasi per malattie come la fibrosi cistica,
la poliposi colica familiare, le malattie da accumulo
lisosomiali, le miopatie mitocondriali e tante altre. In
ambito infettivologico un esempio è quello della Epatite
C o della infezione da HIV dove la misurazione della
carica virale viene fatta con metodica PCR quantitativa
in grado di stabilire l’esatto numero di copie dell’RNA
del virus presenti nel sangue periferico. Così possiamo
stabilire se il paziente si trova in una fase attiva della
malattia con elevata viremia indice di massimo rischio di
trasmissione della malattia e di attiva replicazione virale
con danno acuto dei tessuti bersaglio. Inoltre il livello di
viremia è l’indice più sicuro di risposta alla terapia antiretrovirale utilizzata.
Il campo della diagnostica medica è quello dove
maggiori sono state e saranno le applicazioni della
biologia molecolare. Capire il meccanismo molecolare
alla base del processo patologico permette di individuare
la o le alterazioni che ne sono causa con importanti
implicazioni in ambito diagnostico, prognostico e
terapeutico. Il linfoma follicolare è una patologia
linfoproliferativa relativamente frequente (circa il 15% di
tutti i linfomi in Italia) che presenta nella maggior parte
dei casi una translocazione tra due cromosomi (il 14 ed
il 18).
Con questa translocazione il gene del BCL-2
(localizzato sul cromosoma 18) viene a trovarsi sotto il
controllo del gene per le catene pesanti delle
immunoglobuline (localizzato sul cromosoma 14). Essendo
i geni delle immunoglobuline funzionalmente attive nei
linfociti B, la conseguenza di tale translocazione è la
iperespressione ( aumento della presenza) della proteina
BCL-2. Essendo questa proteina un potente inibitore della
morte apoptotica cellulare (apoptosi = morte cellulare
programmata), si ipotizza che la sopravvivenza forzata di
cellule destinate a morire sia alla base di questa neoplasia.
È stata la biologia molecolare a svelare questo scenario
ed oggi permette di riconoscere questa translocazione
nelle cellule linfomatose permettendo una diagnosi più
precisa.
Inoltre, la ricerca di questa alterazione dopo il
trattamento chemioterapico permette la individuazione di
malattia minima residua o la evidenziazione precoce della
ripresa della malattia consentendo un trattamento sempre
ottimale. Infine si è visto che il 15% circa di casi di linfoma
follicolare che non presentano questa translocazione hanno
una prognosi peggiore dei casi portatori della traslazione
(t 14;18) e necessitano di una terapia più aggressiva.
Un altro esempio della importanza della biologia
molecolare nella diagnosi e nella terapia è quello dei
linfomi gastrici primitivi.
pugliasalute
Questo tipo di tumore prende origine da linfociti di
tipo B che proliferano e si accumulano nella mucosa
gastrica in seguito alla infezione da parte del batterio
Helycobacter Pilori. Tale batterio produce una
infiammazione cronica che può essere particolarmente
aggressiva e può simulare la presenza di un linfoma.
Per diagnosticare un linfoma distinguendolo da uno
stato infiammatorio cronico oggi si utilizza un test
diagnostico che prevede la analisi del riarrangiamento dei
geni delle immunoglobuline presente nei linfociti B: nel
caso sia presente una flogosi reattiva noi avremo la presenza
di numerosi cloni di linfociti B ognuno con il suo
riarrangiamento che, amplificato con metodica PCR darà
origine a centinaia di bande di peso leggermente differente
con conseguente banda molto larga.
Fig. 1 Esempio di banda
larga per la presenza di un
infiltrato reattivo nonlinfomatoso. A campione
bioptico; B controllo
policlonale (amplificato di
linfonodo reattivo); C
controllo negativo (acqua
per escludere amplificazione
di contaminanti); D
controllo positivo (linea
cellulare ottenuta da un
linfoma B); MW pesi
molecolari.
Al contrario se si tratta di un linfoma avremo la presenza
del solo clone tumorale con una singola banda amplificata,
molto stretta.
Fig. 2 Esempio di bande strette in caso di linfoma gastrico. A, B campioni
bioptici di pazienti con linfoma gastrico; C controllo policlonale (amplificato
di linfonodo reattivo); D controllo negativo; E controllo positivo (linea
cellulare ottenuta da un linfoma B); MW pesi molecolari.
Ma certamente l’esempio più chiaro del ruolo svolto
dalla biologia molecolare nel comprendere e curare
malattie una volta senza speranze, è quello della
Leucemia Mieloide Cronica (LMC), tumore delle cellule
del sangue anch’essa caratterizzata dalla presenza di
una translocazione (= trasferimento) cromosomica, ben
nota da parecchio tempo. In questa malattia, infatti, la
translocazione di un pezzo di cromosoma 22 sul
cromosoma 9 determinava un accorciamento del primo,
riconoscibile con le tecniche di citogenetica classica e
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Esempio di Proteina riprodotta con la computer-grafica
definito cromosoma Filadelfia o Ph1. Però è stata la
possibilità di amplificare la porzione di DNA che si
veniva a creare a seguito della t (9;22) che ha permesso
di capire che la conseguenza della translocazione era la
formazione di un gene ibrido, derivato della fusione del
gene bcr presente sul cromosoma 9 con il gene abl
presente sul cromosoma 22.
Il prodotto di questo gene ibrido è una proteina di
fusione BCR-ABL che è responsabile della iperproduzione
di granulociti neutrofili caratteristica della LMC. Infatti
la proteina ABL è un importante regolatore dei
meccanismi di proliferazione e differenziamento delle
cellule ematiche immature.
Il prodotto di fusione BRC-ABL determina una perdita
delle proprietà di controllo di ABL dovuto ad uno stato
di iperattività della proteina. Questa scoperta ha spinto
diversi laboratori a cercare composti che fossero in grado
di inibire questa iperattività di ABL, riuscendo alla fine
a sintetizzare una piccola molecola capace di annullare
gli effetti della proteina ibrida BCR-ABL.
Tale composto chiamato IMITABID, ora noto con il
nome commerciale di GLIVEC, permette oggi di curare
la LMC, bloccando la iperproliferazione delle cellule
ematiche e consentendo la guarigione.
Riusciamo così a comprendere come dallo studio dei
geni e dei prodotti dei geni, le proteine si possa arrivare
a capire i meccanismi che determinano le malattie e si
possa, pertanto, cercare una cura specifica per ciascuna
patologia.
Ovviamente questo è il futuro della medicina, ma
è un futuro non molto lontano, specie dopo la
realizzazione del “Progetto Genoma” e cioè da quando,
circa un anno fa, si è completamente svelato il numero
dei geni presenti nell’intero menoma umano e la loro
posizione in ogni singolo cromosoma, proprio grazie
alle tecniche di amplificazione con PCR.
Via Archimede, 22
70024 Gravina in Puglia
email: [email protected]
internet: www.botromagno.it
* Professore associato di Anatomia e Istologia patologica
dell’Università Cattolica - Policlinico “Gemelli” - Roma
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