Elisabetta Ciani e Stefania Trazzi – Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie, Università di Bologna
Il Disordine da Deficit di CDKL5 è una forma di encefalopatia epilettica causata da mutazioni nel gene CDKL5, da cui prende il nome. È un disturbo dello sviluppo del sistema nervoso centrale raro e molto grave che colpisce prevalentemente le bambine. Questi bambini non possono parlare, nutrirsi o camminare autonomamente e molti rimangono confinati su una sedia a rotelle. Essendo i sintomi clinici di questa malattia simili a quelli nei bambini affetti da Sindrome di Rett, il Disordine da Deficit di CDKL5 era stato originariamente classificato come una forma atipica della Sindrome di Rett. Attualmente questa patologia è riconosciuta come patologia a sé stante per la presenza di crisi epilettiche che si manifestano già nelle prime settimane di vita e di un ritardo nello sviluppo cognitivo/motorio non preceduto da uno sviluppo normale. Quando il gene CDKL5 è mutato, per la maggior parte dei casi, la proteina CDKL5 non viene più prodotta o non è più funzionale, ecco perché si parla di deficit di CDKL5. Purtroppo, come per la Sindrome di Rett, anche per i bambini affetti dal Disordine da Deficit di CDKL5, al momento, non esiste
una cura. Si sente molto spesso parlare di terapia genica alla televisione o nei giornali. Ci si potrebbe chiedere perché la comunità scientifica e le aziende farmaceutiche siano al momento così interessate a sviluppare un approccio di terapia genica per malattie genetiche rare come il Disordine da Deficit di CDKL5
L’idea alla base dell’approccio della terapia genica è quella di veicolare una copia sana del gene mutato alle cellule prive di proteina funzionale. In linea di principio questo approccio rappresenta sicuramente l’approccio più curativo. Il razionale per un approccio di terapia genica per Disordine da Deficit di CDKL5 è molto forte e parte dalla considerazione fondamentale che le attuali opzioni di trattamento, che si limitano a farmaci antiepilettici, siano inefficaci e difficili da tollerare. È inoltre importante sottolineare che risultati sui modelli della patologia suggeriscono la possibilità che il fenotipo clinico sia reversibile, anche nel cervello adulto. Essendo il Disordine da Deficit di CDKL5 una malattia monogenica, il reinserimento di un gene CDKL5 sano nell’organismo, mediante terapia genica, consente di correggere direttamente la causa della malattia, aumentando così la probabilità di successo.
Al momento esistono incoraggianti studi che dimostrano il potenziale della terapia genica, ma che, sfortunatamente, mettono in luce anche importanti problematiche per l’applicazione di tale approccio per il trattamento delle malattie del sistema nervoso. Il problema principale riguarda la bassa efficienza nel veicolare un gene al sistema nervoso centrale da parte dei vettori virali. Di conseguenza sono necessarie elevate dosi di virus e ciò comporta il rischio di reazione immunitaria. Inoltre, il nuovo gene potrebbe inserirsi nel DNA nella posizione sbagliata, causando mutazioni dannose al DNA, o addirittura tumori, come dimostrato in studi preclinici. Pertanto, al momento, la terapia genica non è esente da rischi per l’uomo.
Il nostro studio è stato progettato con l’obiettivo di iniziare a risolvere i problemi di efficacia e sicurezza attraverso un approccio di terapia genica diverso e innovativo.
Nell’approccio classico di terapia genica il virus trasporta l’informazione genetica mancante per la produzione di una proteina sana. In questo caso, solo le poche cellule raggiunte dal virus possono esprimere la proteina curativa. Nell’approccio innovativo da noi sviluppato, l’informazione genetica viene modificata per far sì che le cellule che sono state infettate dal virus producano una proteina CDKL5 che può essere secreta ed entrare nelle cellule vicine. Questo consente un’amplificazione dell’effetto della terapia genica perché, anche se le cellule infettate dal virus sono poche, si comporteranno come una “fabbrica” per la produzione della proteina terapeutica che poi uscirà dalle cellule produttrici per penetrare nelle cellule vicine. All’interno di questo scenario, non saranno più necessarie grosse dosi virali per ottenere un’elevata distribuzione della proteina terapeutica. A sua volta, ciò consentirà la somministrazione di piccole dosi di virus, diminuendo così il rischio di mutagenesi inserzionale e di effetti collaterali tossici dovuti all’utilizzo di elevate dosi di vettori virali. Per raggiungere il nostro obiettivo, e validare questo innovativo approccio di terapia genica, abbiamo confrontato l’effetto di una terapia genica classica con il gene CDKL5 con il trattamento che utilizza il gene CDKL5 da noi modificato, nel ripristinare le risposte comportamentali/cognitive nel modello murino del Disordine da Deficit di CDKL5, il topo knockout per Cdkl5.
I risultati delle nostre analisi dimostrano, in primo luogo, che questo approccio terapeutico non influenza il benessere dell’animale e non provoca risposte infiammatorie, il che suggerisce che l’infezione virale e/o l’espressione di CDKL5 non sono dannose per l’animale, a conferma della sicurezza di questo tipo di trattamento. Complessivamente i risultati dei test comportamentali effettuati per analizzare il comportamento sociale, le stereotipie e le capacità cognitive dei topi knockout per Cdkl5 indicano che la terapia genica da noi proposta è molto più efficace nel migliorare le prestazioni comportamentali in questi animali rispetto alla terapia genica classica con il solo gene CDKL5. Un importante deficit nei bambini affetti dal Disordine da Deficit di CDKL5 riguarda la risposta corticale agli stimoli visivi: non vedono bene. Il nostro interesse è stato pertanto quello di valutare la risposta agli stimoli visivi nel modello animale, ad ulteriore verifica dell’efficacia dell’approccio terapeutico. Anche in questo caso l’approccio innovativo è risultato molto più efficace nel migliorare questo difetto.Infine, mediante analisi morfologiche abbiamo potuto verificare che il recupero dei deficit comportamentali indotto dal trattamento con l’approccio di terapia genica innovativo, si accompagna al recupero di una corretta maturazione e sviluppo neuronale.
In conclusione, possiamo affermare che i nostri risultati indicano che l’approccio innovativo di terapia genica da noi sviluppato è in grado di promuovere una maggiore distribuzione della proteina terapeutica CDKL5 nel cervello dei topi privi di Cdkl5 rispetto all’approccio classico; questo avviene attraverso un meccanismo di correzione incrociata in cui anche le cellule che non hanno ricevuto il virus possono beneficiare della proteina terapeutica consentendo di conseguenza un netto incremento dell’efficacia terapeutica.
