Intervista a Stefano Gustincich, direttore del Center for Clinical and Computational Genomics (C3G) di IIT ad Aosta e coordinatore della linea di ricerca Non-coding RNAs and RNA-based therapeutics di IIT.
Stefano Gustincich si è rifiutato di credere che il 98% del DNA umano, quello che non codifica proteine, potesse essere inutile. Studiando questo territorio a lungo inesplorato, ha scoperto una classe di RNA non codificanti che regolano la sintesi proteica, aumentando la quantità di proteina prodotta dall’RNA messaggero. Il suo gruppo sta ora sperimentando il modo di utilizzarli come nuovo farmaco: possono infatti riportare le proteine in equilibrio nelle numerose malattie da aploinsufficienza, ovvero causate dal mancato funzionamento di un singolo gene nella coppia di geni preposti alla sintesi di una determinata proteina, che ne provoca la carenza. Per curare malattie, spesso invalidanti, finora prive di cure.
«Ho dedicato la mia vita scientifica a dimostrare che il DNA un tempo considerato inutile, ovvero quel 98% del DNA che non partecipa alla sintesi delle proteine, non è affatto inutile, ma al contrario ha funzioni cruciali».
Così racconta Stefano Gustincich, che dopo il PhD in Genetica molecolare e Biotecnologie alla SISSA di Trieste, dopo dieci anni di ricerca alla Harvard Medical School di Boston, seguiti da una docenza alla SISSA, è oggi Direttore del Centro di Genomica clinica e computazionale (C3G) presso l’IIT di Aosta e responsabile della linea di ricerca “RNA non codificante e terapie basate sull’RNA” presso il Centro per le Tecnologie Umane (CHT) dell’IIT di Erzelli, a Genova.
Proprio a partire da molecole di RNA non codificante (ricordiamo che l’RNA è il “trascrittore” del DNA, da cui riceve le informazioni che sono contenute nei geni) Gustincich sta lavorando a una nuova classe di farmaci, oggi in fase di sperimentazione preclinica, che potrebbe fornire la cura che finora è mancata per molte malattie, in particolare del sistema nervoso. Contemporaneamente, al Centro di Genomica clinica e computazionale di Aosta Gustincich sta sequenziando l’intero genoma di migliaia di individui con malattie neurodegenerative e del neurosviluppo.
«Che cosa c’è di più interessante per uno scienziato di un territorio ancora incognito?», osserva Gustincich. Il suo percorso parte così dall’attenzione rivolta a quello che a lungo è stato una sorta di ambito oscuro, ovvero la grande quantità di DNA (e quindi RNA) che non partecipa direttamente alla sintesi delle proteine –la funzione per cui DNA e RNA sono più conosciuti – e che per questo non rientrava nei modelli di ricerca allora dominanti: «A un certo punto era addirittura stato definito giornalisticamente “junk DNA” (DNA spazzatura), benché, a pensarci bene, sia un po’ strano attribuire all’evoluzione la selezione di una grande quantità di un elemento inutile», commenta Gustincich.
Da che cosa nasce l’attenzione per l’intero genoma?
«Iniziamo con una doppia osservazione. Da un lato, il sequenziamento del genoma si è a lungo concentrato prevalentemente sui soli geni codificanti per proteine, trascurando così la maggior parte del patrimonio genomico. Dall’altro, a partire dall’oncologia, ma poi via via anche per altre malattie, si è acquistata la consapevolezza della loro grande eterogeneità. Anche se il tessuto tumorale può sembrare sempre uguale in realtà è diverso per ogni paziente, perché le mutazioni del genoma che hanno portato alla sua formazione sono in realtà diverse da un individuo all’altro. Per arrivare allo stato tumorale per una cellula esistono varie strade, che implicano la mutazione di geni diversi: la conseguenza è che anche le cure devono essere diversificate. Paradossalmente bisognerebbe disegnare un farmaco specifico per ogni caso. Diventa quindi necessario sequenziare l’intero genoma e disegnare un farmaco per quel determinato individuo. Questo in campo oncologico è ormai assodato, ma si sta comprendendo che lo stesso approccio è necessario anche per le malattie del sistema nervoso, per cui oggi siamo ancora praticamente privi di vere cure».
E qui voi avete avviato una battaglia culturale
«Sì, da alcuni anni in IIT, insieme ad Andrea Cavalli e Antonio Amoroso, abbiamo deciso di iniziare a sequenziare tutto il genoma, per capire il significato e le conseguenze per l’organismo di variazioni presenti anche nella grandissima parte non codificante del DNA. In particolare, nelle nostre ricerche ci siamo concentrati sui trasposomi, che, semplificando, sono “pacchetti” di geni, sequenze di geni ripetuti, che formano il 20% del nostro genoma, molto espresse per esempio nei neuroni, la cui funzione nell’uomo è oggi poco nota. Mentre infatti in altre specie si spostano da una parte all’altra del DNA (per questo sono chiamati anche geni “saltatori”), nell’uomo lo fanno molto raramente. Qual è allora la loro funzione? Abbiamo proposto un modello nostro originale: che i trasposoni diano luogo a RNA non codificanti, dotati di altre funzioni, la maggior parte delle quali devono ancora essere rivelate».
Che cosa avete scoperto sulle funzioni dell’RNA non codificante?
«Abbiamo isolato una nuova classe di RNA non codificanti, che abbiamo chiamato SINEUP, e abbiamo scoperto che sono dei regolatori della traduzione proteica, ovvero regolano il meccanismo attraverso il quale un RNA messaggero viene tradotto in proteina. Questo significa che di per sé non sintetizzano proteine, ma si attaccano a determinati RNA messaggeri e ne aumentano la traduzione. Aumentano così la sintesi proteica, per dirlo in parole semplici raddoppiano la quantità di proteina prodotta. Studiando più approfonditamente come funzionano, abbiamo poi scoperto che sono composti da due parti: una è quella che è responsabile dell’aumento della sintesi proteica, ovvero che aumenta la quantità di proteina prodotta; l’altra è una zona di RNA che si accoppia precisamente all’RNA messaggero di cui vuole aumentare la traduzione. In questo modo sceglie, per così dire, di quali proteine aumentare la quantità».
Questa scoperta vi ha portato ad applicazioni farmacologiche?
«Immediatamente abbiamo pensato che avremmo potuto sintetizzare molecole in grado di aumentare la produzione di determinate proteine. Proteine che potevamo scegliere modificando quella parte di RNA non codificante che seleziona l’RNA messaggero a cui attaccarsi. Questo apre a possibilità terapeutiche nuove ed estremamente importanti, se pensiamo che esistono circa 400 malattie genetiche umane, oggi incurabili, provocate proprio dalla carenza di una proteina. Parliamo della cosiddetta aploinsufficienza, condizione genetica in cui uno dei due geni della coppia di cui siamo sempre dotati (ne riceviamo uno da ciascuno dei nostri genitori e normalmente dovrebbero funzionare entrambi), non è in grado di produrre la proteina che deve sintetizzare. La proteina, prodotta da un gene solo, è quindi in dose dimezzata, con conseguenze di tipo diverso per l’organismo, a seconda della funzione della proteina in questione. A questo punto può entrare in gioco la SINEUP, che è in grado di raddoppiare la proteina prodotta. Modificando la parte con cui la SINEUP seleziona l’RNA messaggero a cui attaccarsi, possiamo scegliere la proteina di cui aumentare la sintesi, ristabilire la sua quantità fisiologica e così curare la malattia».
In che fase siete della ricerca?
«Assieme ai molti colleghi che hanno creduto in questa tecnologia abbiamo ottenuto risultati in vitro su cellule umane da pazienti e in vivo su modelli animali, e proprio in questi giorni abbiamo in corso la fondazione di una start up per passare alla fase clinica, ovvero sull’uomo. In particolare ci stiamo concentrando su applicazioni di questa cura a malattie come la distrofia ottica, la malattia di Parkinson, molte forme di autismo e epilessia, che sono collegate a mutazioni per aploinsufficienza in geni specifici».
So che avete in corso anche un’importante collaborazione con il Servizio sanitario nazionale
«Si tratta di un altro lato della stessa medaglia: perché per ottenere la diagnosi c’è bisogno di sequenziare il genoma, e raccogliere dati sul genoma è importante sia per la cura sia per la ricerca di base. Diagnosi, cura e ricerca si intrecciano. Il Centro IIT di Aosta è certificato come centro clinico di analisi genetica. Ora stiamo predisponendo che le analisi di sequenziamento necessario al sistema sanitario, invece di essere mandate in giro per l’Italia o l’Europa, vengano fatte da noi, con risparmio nei tempi e nei costi per il bilancio pubblico. Nel frattempo continuiamo con la nostra ricerca. In collaborazione con l’Ospedale Parini di Aosta, con la professoressa Mandich dell’Ospedale San Martino di Genova e con il professor Di Fonzo dell’Ospedale Ca’ Granda di Milano abbiamo sequenziato più di 1.500 malati di Parkinson».
Vi occupate solo del genoma di persone con malattie?
«No, al contrario: una parte del nostro lavoro molto interessante è il progetto VdA Genomics, che prevede tra l’altro il sequenziamento del genoma di Valdostani sani; ne abbiamo già sequenziati circa 550 ed è notevole che soltanto guardando le sequenze del genoma riusciamo a distinguere chi ha quattro nonni valdostani, chi ne ha tre, chi ne ha due e chi non ne ha nessuno. Solo in base al genoma distinguiamo perfino la valle di provenienza. In sintesi, ci proponiamo di contribuire a rendere la medicina del futuro sostenibile e ugualmente accessibile a ogni cittadino nel sistema sanitario nazionale. A questo scopo è necessario sviluppare due approcci in parallelo: da un lato, il sequenziamento del genoma permetterà una diagnosi precoce e precisa; dall’altro, i farmaci a RNA, come le SINEUPs, offrono la versatilità necessaria per sviluppare terapie su misura, potenzialmente anche per un singolo paziente».
