In molte malattie di origine genetica, non tutti i pazienti che presentano la stessa mutazione nel DNA sviluppano gli stessi sintomi. Ciò è particolarmente vero per la miopatia dei cingoli di tipo R2.
Questa malattia, che colpisce i muscoli delle spalle e del bacino, inizia in alcuni pazienti in età molto giovane, mentre altri manifestano sintomi solo molto tardi. Anche se la maggior parte delle persone perde la capacità di camminare, in rari casi la malattia non raggiungerà mai questo stadio.
Per sviluppare una cura per questa patologia ancora incurabile, di cui io stesso soffro, è importante comprendere i meccanismi sviluppati da questi pazienti “atipici”. Questo è l’obiettivo della mia tesi, svolta all’interno del gruppo di ricerca del ricercatore Xavier Nissan, specialista in malattie neuromuscolari. I nostri risultati hanno permesso di identificare una possibile spiegazione.
Cos’è la miopatia dei cingoli tipo R2?
Le miopatie sono condizioni che comportano una scarsa funzionalità muscolare. I sintomi sono debolezza muscolare, dolore, crampi e mobilità ridotta. Esistono diverse forme di miopatia: mentre la maggior parte deriva da anomalie genetiche trasmesse dai genitori, altre possono essere causate da una disfunzione del sistema immunitario, da infezioni o anche da alcuni farmaci.
Ad oggi sono state identificate più di 200 miopatie, le cui conseguenze sono più o meno gravi. La distrofia muscolare di Duchenne è la più conosciuta e comune nei bambini. Colpisce tutti i muscoli del corpo, compresi quelli delle braccia e delle gambe, nonché il cuore e il diaframma, essenziale per la respirazione.
La miopatia dei cingoli di tipo R2 è una malattia muscolare che provoca un indebolimento dei cosiddetti muscoli “dei cingoli”, cioè dei muscoli del cingolo scapolare (muscoli della spalla) e del cingolo pelvico (muscoli pelvici). Questa rara malattia di origine genetica colpisce circa 1,63 persone su 100.000. Nella maggior parte dei casi, il cuore e i muscoli respiratori non vengono colpiti e l’aspettativa di vita non viene ridotta.
La maggior parte dei pazienti affetti da miopatia dei cingoli di tipo R2 riferirà i primi sintomi solo nella prima età adulta, dopo una cosiddetta fase “silente”. I primi sintomi sono debolezza muscolare, difficoltà a correre o a salire le scale. La progressione della malattia è generalmente lenta, con un progressivo indebolimento dei muscoli, fino a costringere il paziente a spostarsi su una sedia a rotelle.
Sorprendentemente, alcuni pazienti sviluppano i primi sintomi solo intorno ai 60 anni. In questi pazienti, alcuni muscoli e alcune cellule saranno in grado di proteggersi dalla malattia.
Per capirne il motivo, dobbiamo poter studiare la malattia in laboratorio. Per fare questo utilizziamo le cellule staminali.
Cellule staminali, uno strumento essenziale
Le cellule staminali sono cellule molto speciali: non solo sono in grado di moltiplicarsi all’infinito, ma anche di trasformarsi in qualsiasi tipo di cellula specializzata esistente nel corpo umano. Queste capacità sono molto importanti per lo studio delle malattie genetiche e lo sviluppo di trattamenti.
L’Istituto sulle cellule staminali per il trattamento e lo studio delle malattie monogeniche (I-Stem), dove sto svolgendo la mia tesi, si concentra sull’uso di cellule staminali pluripotenti indotte (ips) per comprendere e curare le malattie genetiche rare. Queste cellule IPS vengono create riprogrammando cellule adulte differenziate, come le cellule della pelle, riportandole al loro stato di cellule staminali.
Utilizzando cellule staminali derivate da pazienti affetti da miopatia, siamo ora in grado di riprodurre le caratteristiche della malattia in laboratorio, fornendo un modello di malattia altamente personalizzato.
Una questione di geni?
Recentemente, un team di medici dell’ospedale La Pitié-Salpêtrière ha condotto uno studio retrospettivo su una coorte di pazienti affetti tardivamente dalla malattia. Una delle domande che sorge spontanea è: come sono riusciti i corpi di questi pazienti a combattere la malattia in tutti questi anni?
Per cercare di rispondere a questa domanda, il nostro team ha deciso di confrontare il livello di espressione genetica nei pazienti ad esordio tardivo con il livello di espressione genica dei pazienti ad esordio precoce. Questo studio è stato condotto su 15 biopsie muscolari di pazienti. I risultati che abbiamo ottenuto hanno rivelato che diversi geni sono espressi in modo diverso tra queste due categorie di pazienti.
Grazie alle nostre cellule staminali pluripotenti indotte da pazienti, stiamo attualmente valutando l’impatto di questi geni sulla malattia: ci permettono di studiare gli effetti della deregolamentazione genetica. L’idea è osservare se miglioriamo o peggioriamo la patologia rimuovendo o sovraesprimendo uno di questi geni direttamente sulle nostre cellule “malate”.
Grazie a questo approccio, i miei due anni e mezzo di ricerca mi hanno permesso di mettere il dito su un potenziale meccanismo di compensazione nei pazienti che sviluppano tardivamente la malattia.
Una questione di autofagia?
Tutti i pazienti nei quali la malattia non si è sviluppata se non tardivamente hanno mostrato livelli più elevati di autofagia. Questo meccanismo è quello attraverso il quale le cellule eliminano scorie e tossine, contribuendo al contempo alla propria riparazione.
Concretamente, le scorie presenti nella cellula vengono raccolte in una vescicola, l’autofagosoma. Questa si fonde con un’altra vescicola contenente enzimi capaci di digerire il contenuto dell’autofagosoma. I detriti possono quindi essere utilizzati per produrre nuove molecole o energia, aiutando la cellula a rimanere sana.
L’autofagia ha un ruolo essenziale nell’adattamento dell’organismo a condizioni difficili. In condizioni di stress o restrizione calorica, si adatta a regolare la disponibilità di carboidrati, lipidi e acidi nucleici e rinforza il nostro sistema immunitario. L’autofagia può anche aumentare la degradazione di vari batteri e virus e svolgere un ruolo protettivo in molte malattie infettive.
Con l’età, l’efficienza del processo autofagico diminuisce, contribuendo all’accumulo di proteine danneggiate nelle cellule e ad un aumento della suscettibilità alle malattie legate all’età, come le malattie degenerative (come le malattie cardiache, l’Alzheimer e il Parkinson), le malattie cardiovascolari. o addirittura degenerazione muscolare. Al contrario, l’induzione dell’autofagia promuove la longevità nella Drosophila, il nematode Caenorhabditis elegans o anche il mouse.
Oltre a ripulire i detriti, l’autofagia aiuta anche a riparare le membrane cellulari danneggiate. Tutte queste vescicole portano nuove parti sane delle membrane e aiutano le cellule a ripararsi. E questo è un bene, perché nella miopatia dei cingoli di tipo R2 i muscoli non sono più in grado di ripararsi, il che influisce sulla loro funzione. È stato in seguito a queste osservazioni che è nata l’ipotesi che livelli più elevati di autofagia potessero aiutare a compensare la malattia e ritardare lo sviluppo dei primi sintomi.
Nuove opzioni di trattamento?
In che modo l’autofagia può aiutare gli scienziati nella loro ricerca di trattamenti efficaci per le malattie muscolari incurabili? La risposta sta nelle molecole capaci di stimolare l’autofagia. Questi “induttori dell’autofagia” possono aiutare le cellule muscolari a eliminare le proteine danneggiate, gli aggregati tossici e altri rifiuti cellulari che contribuiscono alla progressione della malattia. E così aiutarli a ripararsi meglio.
Questa osservazione si applica a diverse malattie muscolari incurabili. Ad esempio, l’urolitina A e la rapamicina, entrambi induttori dell’autofagia, migliorano la funzione muscolare nella distrofia muscolare di Duchenne. L’attivazione dell’autofagia aiuta la rigenerazione muscolare e agisce sulla sarcopenia, responsabile del progressivo e generalizzato calo della massa muscolare durante l’invecchiamento.
Inoltre, alcune sostanze naturali possono potenziare l’autofagia. Questo è ad esempio il caso del resveratrolo, presente nell’uva, della curcumina della curcuma, della tomatidina presente nei pomodori o anche della cucurbitacina dei cetrioli…
Sulla base di queste varie osservazioni, il nostro team ha deciso di testare in laboratorio un gruppo di molecole note per attivare l’autofagia sui nostri modelli cellulari. Alcuni di essi si sono rivelati molto efficaci in laboratorio e hanno contribuito notevolmente a proteggere la membrana delle cellule muscolari malate.
Piccolo svantaggio, però: tutte queste molecole sono state testate a concentrazioni molto più elevate di quelle presenti naturalmente nei prodotti sopra citati. Ma questo è un primo passo. Sono in corso ulteriori ricerche per comprendere appieno il meccanismo d’azione di queste molecole in questa patologia e identificare il composto più efficace per poi testarlo in vivo.
