DESCRIZIONE DELLO STUDIO IN CORSO CHE ESAMINA L’ESPRESSIONE GENICA
IN PAZIENTI AFFETTI DALLA SINDROME DI AICARDI-GOUTIERES
Alberto Izzotti
Professore Associato, Dip. Scienze della Salute, Università di Genova
Via Pastore 1, I16132, Genova
La cellula costituisce l’unità fondamentale del nostro organismo, il mattone del
nostro edificio corporeo. Essa possiede tutte le informazioni necessarie alle proprie
attività sotto forma di sequenze di basi azotate che compongono il DNA. Il DNA di una
cellula è composto da circa 30.000 gruppi di sequenze che contengono altrettante
informazioni fondamentali; tali gruppi sono denominati geni. Ciascuna cellula esprime solo
una minima parte di questi geni, ed è proprio la specificità di
questa espressione che ne determina l’aspetto esteriore (fenotipo) e funzionale. Per
questo le cellule di uno stesso organismo sono così diverse tra loro. Il modo con cui i geni
si esprimono differenzia anche le cellule sane da quelle malate. Ad esempio i geni
espressi da una cellula neoplastica sono diversi per numero, quantità e qualità
dell’informazione espressa rispetto a quanto accade in una cellula sana.
La medicina molecolare può oggi indagare sulle differenze tra cellule sane e malate
a livello dei geni e della loro espressione. Questo può essere fatto grazie ai risultati del
progetto GENOMA che ha messo a disposizione della comunità scientifica le sequenze
dei 30.000 geni umani. Se però è conosciuta la sequenza dei geni solo una minoranza tra
questi è stata associata fino ad ora ad una funzione fisiologica o all’insorgenza di una
situazione patologica.
E’ sempre più grande quindi il numero degli studi che esaminano, in vari quadri
clinici, quali siano i geni alterati nella loro espressione. E’ questo il caso anche del nostro
studio sulla Sindrome di Aicardi-Goutières (AGS).
La differenza tra una situazione fisiologica ed una patologica può oggi essere
indagata a tre livelli:
genomico, postgenomico, proteomico (Fig. 1).
Gli studi genomici esaminano le differenze del geni a livello del DNA. Si cerca cioè
di stabilire se i soggetti affetti siano portatori di specifiche alterazioni (mutazioni) di
determinati geni rispetto ai soggetti non affetti. Il risultato di questi studi è
l’identificazione dei geni che determinano le malattie. Questo può però accadere solo se
la malattia ha un’origine esclusivamente genetica e non dipende da altre cause, come ad
esempio agenti infettivi, esposizione a sostanze tossiche, degenerazione cellulare, ecc.
inoltre la malattia genetica deve avere un’origine mono- od oligo
genica. I geni alterati devono cioè essere uno solo o comunque pochissimi.
Il limite maggiore di questi studi è la necessità di tempi molto lunghi, specie se il
lavoro e’ condotto da singoli laboratori non collegati in rete. E’ infatti necessario
sequenziare lunghissimi tratti di DNA e confrontare le sequenze ottenute con i dati
disponibili per i soggetti normali nelle banche dati. Anche con l’aiuto
dei moderni sequenziatori automatici si tratta di un lavoro molto oneroso e dal risultato
incerto poiché la zona del genoma in cui si cerca il gene di interesse può essere solo
presuntivamente identificata a priori. Questo tipo di ricerche viene pertanto spesso
assimilato ad una ricerca dell’ago in un pagliaio. Tali lavori si sono tuttavia rivelati in
passato fondamentali per identificare i geni causali di molte malattie genetiche (fibrosi
cistica, anemia di Fanconi, ecc.).
Gli studi postgenomici , esaminano l’espressione dei geni quantificando le molecole
che essi producono (RNA messaggeri o mRNA).
La nanotecnologia permette oggi di depositare su un vetrino da microscopio le sequenze
relative all’espressione di migliaia di geni. E’ così possibile analizzare in un singolo
esperimento l’intero profilo di espressione di migliaia di geni di una cellula. Si può così
determinare rapidamente quali siano i geni alterati in un soggetto patologico rispetto ad
un soggetto sano.
Questo tipo di studi permette di identificare i geni la cui espressione è alterata in corso
di malattia senza sequenziare il DNA.
Gli studi proteomici esaminano il prodotto finale dell’espressione del gene, la proteina. La
nanotecnologia permette oggi di depositare su un vetrino da microscopio anticorpi in
grado di identificare centinaia di proteine. E’ così possibile analizzare in un singolo
esperimento l’intero profilo di espressione di centinaia di proteine. Si può così
determinare rapidamente quali siano le proteine alterate in un soggetto patologico
rispetto ad un soggetto sano. Questo tipo di studi permette ad esempio di identificare i
marcatori molecolari di una malattia utilizzabili poi a scopo diagnostico.
Il nostro progetto di ricerca sull' AGS è uno studio post-genomico che esamina le
differenze nell’espressione genica tra soggetti affetti e soggetti non affetti. Questo
studio viene effettuato nei linfociti del liquido cefalo rachidiano, che sono
caratteristicamente aumentati nei soggetti affetti. I linfociti sono elementi del sistema
immunitario che possono rappresentare sia i produttori che gli effettori di interferonealfa, il cui aumento caratterizza i pazienti affetti dall'AGS. Inoltre queste cellule sono
per sede (liquido cefalo-rachidiano) in diretta contiguità con le aree del sistema nervoso
centrale alterate dalla malattia.
L’obiettivo del nostro studio è quello di comprendere che cosa vi sia di diverso tra
l’espressione genica dei linfociti del liquor di un soggetto affetto e di un soggetto sano.
Per questo viene raccolta una piccola aliquota (1 ml) di liquido cefalo rachidiano. Dalle
cellule in esso contenute (linfociti) viene estratto l’mRNA ed amplificato nella sua
quantità.
Viene quindi effettuata la valutazione dell’espressione dei geni mediante array a DNA
complementare (cDNA).
Il lavoro effettuato dovrebbe produrre risultati utili ai seguenti scopi:
a) chiarificazione dei meccanismi patogenetici della AGS;
b) identificazione dei geni la cui espressione è alterata nei soggetti affetti;
c) identificazione di profili di espressione genica che caratterizzano storie cliniche
e prognostiche diverse;
d) eventuale proposizione di strategie terapeutiche alternative;
e) identificazione di marcatori diagnostici specifici dell’AGS.
