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Ricerca tutta italiana per conoscere più a fondo le caratteristiche molecolari del cancro

Lara Bettinzoli, N. 5 maggio 2011

Uno studio italiano ha messo a punto un nuovo metodo sperimentale che permetterà, anche a distanza di anni dal prelievo di un frammento di tessuto, in sala operatoria, di studiare nel dettaglio la struttura e i cambiamenti del DNA di un tumore. Si chiama PAT-ChIP e può essere considerata una nuova arma nella lotta contro i tumori messa a punto da Mirco Fanelli e Stefano Amatori dell’Università degli Studi di Urbino Carlo Bo – in collaborazione con i ricercatori milanesi dell’Istituto Europeo di Oncologia (IEO) e della Fondazione Istituto FIRC di Oncologia Molecolare (IFOM) coordinati dal Prof. Pier Giuseppe Pelicci e Saverio Minucci. Questa ricerca apre nuove possibilità nello studio dell’epigenetica. L’epigenetica si occupa dei cambiamenti che non riguardano direttamente la sequenza del DNA, ma di quelli che agiscono sulla struttura del DNA e ne modificano l’espressione. Come hanno spiegano gli autori della ricerca, la tecnica utilizzata finora per studiare le caratteristiche epigenetiche (ChIP- in inglese Chromatin immunoprecipitation) non permetteva di utilizzare campioni di tessuto conservati nei blocchetti di paraffina dopo essere stati asportati in sala operatoria, ma costringeva a lavorare solo su cellule fatte crescere in laboratorio. Il Dottor Mirco Fanelli e i suoi colleghi hanno, con questa ricerca, superato quest’ostacolo e sono riusciti a mettere a punto una tecnica, la PAT-ChIP, per estrarre la cromatina integra direttamente dai campioni di tessuto conservati (la cromatina è la struttura che il DNA forma avvolgendosi prevalentemente attorno a particolari proteine chiamate istoni).
«Fino a ieri - spiega il Dottor Fanelli - la possibilità d’indagare le perturbazioni dei complicati meccanismi epigenetici associate al cancro significava basare lo studio su modelli in vitro, come linee cellulari immortalizzate e primarie. Tali modelli sono ovviamente molto distanti dalla realtà delle cose e cioè dalla originale situazione tissutale tumorale del paziente. La tecnica utilizzata per investigare le caratteristiche epigenetiche di una cellula si chiama immunoprecipitazione di cromatina (Chromatin immunoprecipitation – ChIP) e, per riassumere brevemente, si applica selezionando con un anticorpo la modificazione epigenetica d’interesse, la si isola dal resto e la si studia nel dettaglio (ad esempio si valuta se un gene o più geni d’interesse sono caratterizzati da tale caratteristica epigenetica).
Il nostro recente studio ha dimostrato, per la prima volta, che tali procedimenti sperimentali possono essere applicati anche utilizzando cromatina isolata dai campioni fissati ed inclusi in paraffina (formalin-fixed paraffin-embedded - FFPE - tissues) che sono utilizzati normalmente a scopi diagnostici.
I veri campioni tissutali del paziente ormai riempiono gli archivi dei laboratori di anatomia patologica di tutto il mondo e avere la possibilità di utilizzarli significa poter contare su un immenso repertorio di casi, storie cliniche, ecc. che ci potranno permettere di rispondere, anche retrospettivamente, ad un’infinità di domande scientifiche».

Dottor Fanelli, cosa s’intende con il concetto di epigenetica e qual è la sua importanza in oncologia clinica?
È ormai opinione comune che il cancro non sia una patologia da considerare esclusivamente di origine genetica. Se è vero infatti che sono stati identificati numerosi markers di natura genetica (mutazioni della sequenza del DNA) associati con una certa frequenza a determinate forme tumorali, è altrettanto vero che la cellula neoplastica è ricca di alterazioni di natura epigenetica. Con questo termine si indicano tutte quei processi biochimici capaci di controllare correttamente il funzionamento del nostro DNA senza modificarne la sequenza nucleotidica. Tali processi sono finemente controllati in una cellula normale e generalmente si attuano nei confronti del DNA stesso (metilazione del DNA) oppure delle proteine istoniche ad esso associate (la metilazione e l’acetilazione istonica sono le modificazioni post-traduzionali più caratterizzate).
Nell’ultimo decennio il mondo scientifico ha stratificato una mole d’informazioni tale da fornire ormai la ragionevole certezza che alla base della trasformazione neoplastica rivestano un ruolo molto importante anche le alterazioni epigenetiche.

Pensa che i risultati siano utilizzabili solo in alcuni centri ad alta specializzazione o di facile applicazione clinico-scientifica?
Come spesso accade, le ripercussioni cliniche di una scoperta scientifica non sono immediate. La procedura di PAT-ChIP è sicuramente una strategia sperimentale complessa che potrà probabilmente essere applicata nella quotidianità clinica solo nei prossimi anni. Basti pensare che abbiamo dimostrato di poter studiare non solo un singolo gene ma arrivare a sequenziare addirittura tutto il DNA del tumore associato ad una determinata caratteristica epigenetica. Si tratta di gestire milioni di sequenze di DNA per ogni campione e la cosa al momento è possibile solo in pochi centri di ricerca al mondo, non solo in Italia. Ma la tecnologia fa passi da gigante e non mi stupirei nel vedere a breve la possibilità di sequenziale il nostro DNA…in uno smartphone. Sarebbe la sintesi dell’ormai famoso concetto di “genomica personalizzata”.

Quali sono i centri all’avanguardia in questo campo?
Gli studi sul ruolo delle alterazioni epigenetiche nella genesi del cancro sono ormai diffusi in tutto il mondo. Il nostro piccolo gruppo di ricerca (Laboratorio di Patologia Molecolare “Paola”) si onora di poter collaborare con un centro di riferimento in campo internazionale per la ricerca sul cancro (l’Istituto Europeo di Oncologia di Milano; IFOM-IEO Campus). Ci sono ovviamente altri centri di ricerca all’avanguardia in Italia e, ovviamente, nel mondo che sarebbe lungo elencare. Possiamo dire che in questo campo c’è moltissima competizione che tende inevitabilmente a far crescere il livello scientifico globale e che spinge quindi i ricercatori ad ideare ed intraprendere studi straordinariamente innovativi.

Come pensa che i risultati della vostra ricerca possano influenzare nuove terapie antitumorali?
Questa è una delle domande più complesse a cui rispondere. Al momento possiamo sostenere di aver perfezionato una strategia di studio del cancro. Già oggi si stanno studiando e perfezionando nuovi approcci terapeutici diretti alla correzione di quelle modificazioni epigenetiche riscontrate nel cancro. La PAT-ChIP potrà essere utile come test per lo screening di nuove molecole antitumorali ma anche come verifica dell’efficacia di tali nuovi farmaci negli studi clinici. Possiamo inoltre prevedere che la tecnica della PAT-ChIP possa anche essere utile per prevedere se un paziente può rispondere o meno ad una determinata terapia ed indirizzare correttamente il clinico alla scelta della cura più idonea. Ci tengo a sottolineare che tutto ciò è al momento da considerare come possibilità teoriche e che solo il proseguire della sperimentazione potrà garantirne la fattibilità.

In quali tipi di neoplasie si potranno trovare maggiori applicazioni?
Al momento non abbiamo applicato in maniera così diffusa la procedura di PAT-ChIP e non siamo quindi in grado di poter stabilire quali tipi di tumore potrebbero non rientrare nella casistica futura di studio. In linea teorica non dovrebbero esserci grosse limitazioni fatta eccezione per le neoplasie emopoietiche (leucemie soprattutto) che, non essendo di natura solida, non sono ovviamente neanche reperibili sotto forma di tessuto fissato ed incluso in paraffina. Anche qui però, potrebbero anche tornare utili le biopsie ossee. Insomma, al momento tutto è possibile ma andrà ulteriormente verificato.

Sappiamo che molti tumori sviluppano resistenza alla chemioterapia, ritiene con queste scoperte di aver aggiunto una nuova arma contro questo fenomeno?
La tecnica della PAT-ChIP non è al momento correlabile a questo tipo di problematica scientifica. Tuttavia, le nuove terapie epigenetiche in fase di studio potranno avere proprio questa freccia al loro arco: siccome sfruttano meccanismi antineoplastici diversi della terapie convenzionali si spera di poter risolvere, almeno in parte, la problematica dell’acquisizione spontanea della resistenza chemioterapica.

Con questa ricerca si aprono le porte ad un immenso database istologico, lei pensa che questo potrebbe creare problemi con la legge inerente l’uso di tessuti biologici per ricerca?
Il problema in realtà esiste già. O meglio, non è un vero problema ma la giusta tutela del paziente e dei suoi diretti familiari, nel veder conservato al meglio il tessuto patologico per le giuste procedure diagnostiche, nell’immediato, e per la necessità di dover riutilizzare il campione per ulteriori accertamenti, in un futuro. Se saremo bravi e fortunati a far funzionare la nostra tecnica con un esiguo quantitativo di materiale biologico, saremo anche in grado di superare più agevolmente queste problematiche: fermo restando che sarà sempre il paziente a consentire l’utilizzo del materiale biologico per gli studi.

Pensa che la ricerca ci permetterà di capire come alcuni carcinogeni naturali o artificiali possano indurre l’insorgenza di tumori ?
Beh, ci stiamo già rendendo conto di questo. Le nostre cellule non vivono isolate sotto una campana di vetro ma sempre esposte ad agenti “stressogeni”. Possiamo citare i classici raggi UV ma anche le meno note strategie di difesa contro i microrganismi che sono “per sé” sostanze che potenzialmente possono danneggiare il nostro DNA (ma nel contempo ci difendono dalle infezioni). Tuttavia, la cellula ha selezionato (o qualcuno l’ha creato così dai tempi dei tempi) una serie di strategie per limitare i danni provocati dall’ambiente esterno (ad esempio esistono dei sistemi cellulari di riparazione del DNA). Ciò permette alla cellula di mantenere integro il proprio genoma e conservarsi così in salute per decenni. Purtroppo, a volte, qualcosa va storto perché questi meccanismi di difesa dell’integrità genomica iniziano a funzionare meno bene e questo anche a causa delle alterazioni epigenetiche sopra citate. Da qui la possibilità di accumulare diversi meccanismi molecolari anomali che portano la cellula ad una lenta ma inesorabile trasformazione da normale a tumorale. Il fatto è che per rispondere alla sua domanda potremmo scrivere un libro e forse, tra qualche anno, se ne potranno scrivere anche di più. La ricerca va avanti ed accumula informazioni spesso molto utili alla collettività sia come conoscenza che come ripercussione nella qualità e durata della vita. Tutto ciò in un momento non certo felice per i ricercatori italiani che dura ormai da troppo tempo e che ha coinvolto ormai tutte le bandiere politiche. Vorrei sottolineare un dato che potrà essere facilmente controllato in numerose pubblicazioni e fonti ufficiali: i ricercatori italiani, a livello mondiale, sono tra i primi posti come produttività/qualità scientifica (appena dietro a colossi come gli Stati Uniti, Germania, Francia, Regno Unito… uno più uno meno) ma in Italia s’investe per la ricerca molto, ma molto, meno (per non considerare poi il salario che risulta essere tra i più bassi a livello mondiale). I risultati della ricerca non sono fine a se stessi ma saranno utili per l’intera collettività, per il benessere delle persone, per la speranza di chi soffre: insomma una risorsa su cui si dovrebbe investire!

Mirco Fanelli
Ricercatore Universitario, Coordinatore del Laboratorio di Patologia Molecolare “Paola” – Fano, Dipartimento di Scienze Biomolecolari, Università di Urbino “Carlo Bo”. mirco.fanelli@uniurb.it

L'attività del gruppo di ricerca di Patologia ed Oncologia Molecolare è focalizzata alla comprensione di alcuni dei meccanismi molecolari coinvolti nello sviluppo neoplastico, poiché la conoscenza delle patologie tumorali può portare a terapie sempre più specifiche e dirette alla correzione di quelle “invisibili” alterazioni che caratterizzano la cellula neoplastica. L'attenzione è puntata su importanti alterazioni strutturali della cromatina e del ruolo che queste esercitano nel complesso fenomeno della trasformazione di una cellula "normale" in una cellula tumorale. Attualmente la ricerca è focalizzata all’applicazione della tecnica della PAT-ChIP in molteplici modelli neoplastici in collaborazione con centri di ricerca di eccellenza in campo internazionale. Parte dell'attività di ricerca è inoltre impegnata nello sviluppo di nuove molecole quali potenziali farmaci antitumorali. Più in dettaglio, si stanno testando nuovi composti e/o molecole con l'obbiettivo di aggredire le cellule tumorali in maniera mirata.

Centri all’avanguardia
Ecco alcuni dei Centri più prestigiosi impegnati nello studio dei meccanismi epigenetici:

Spanish National Center di Madrid (Manel Esteller),
Institute Curie di Parigi (Genevieve Almouzni)
Istituto genetica molecolare di Montpellier (Robert Feil),
Istituto di ricerca i patologie molecolare di Vienna (Thomas Jenuwein),
Università di Birmingham (Brian Turner),
Università di Cambridge (Tony Kouzarides),
Istituto Europeo di Oncologia di Milano (Piergiuseppe Pelicci e Saverio Minnucci),
Istituto Dulbecco Telethon di Napoli (Valerio Orlando, Maurizio D’Esposito).

Progetto Epigenome: www.epigenome.eu

L’importanza della PAT-ChIP

Fino ad oggi è stato possibile applicare l’immunoprecipitazione della cromatina (ChIP), cioè la tecnica che viene utilizzata per studiare le più importanti modificazioni epigenetiche, quasi esclusivamente alle sole cellule in coltura. La PAT-ChIP consente di estendere lo studio ai campioni prelevati dai pazienti in seguito a biopsia o resezione chirurgica e conservati negli archivi ospedalieri di tutto il mondo.
I vantaggi di tale nuova applicazione sono innumerevoli:
- l’avere a disposizione una quantità enorme di campioni biologici da potere analizzare;
- la possibilità di studiare i tessuti tumorali “originali” anziché le cellule in coltura che rappresentano un’approssimazione, peraltro non sempre attendibile, di quella che è la reale condizione del tessuto;
- questa tecnica consentirà di studiare campioni conservati per decine di anni e quindi di mettere in relazione le alterazioni epigenetiche del tumore con la storia clinica del paziente. Questo significa che da oggi i medici saranno in grado di studiare milioni di campioni tumorali e di correlare le alterazioni epigenetiche in essi presenti con la sopravvivenza dei pazienti o l’efficacia dei trattamenti terapeutici che essi hanno ricevuto;
- si avrà così a disposizione una mole enorme di nuove informazioni che potranno condurre con molta più efficacia all’individuazione di nuovi markers diagnostici, prognostici e predittivi della risposta ai trattamenti, nonché di individuare nuove strategie terapeutiche.

Dal DNA all'epigenetica
Le cellule umane contengono una parte più interna, detta nucleo, che a sua volta contiene il materiale genetico raggruppato in 46 cromosomi. Il cromosoma è a sua volta fatto di una sostanza, detta cromatina, che consiste in diversi nucleosomi; questi sono composti da DNA arrotolato intorno ad alcune proteine dette istoni. Per produrre una proteina è necessario leggere l'informazione contenuta in un filamento di DNA. Perché ciò sia possibile la cromatina deve aprirsi e la doppia elica sciogliersi, per poi richiudersi e ricompattarsi una volta ottenuto lo ”stampo” dell'informazione genetica sotto forma di RNA. Gli istoni svolgono un ruolo importante nel regolare questo meccanismo di apertura e lettura del DNA, ma essendo anch'essi composti da proteine vengono ovviamente prodotti sulla base di informazioni contenute nel DNA. Tutte le modificazioni che avvengono a carico degli istoni possono influenzare il modo con cui la cellula produce le proteine, e di conseguenza il modo in cui si comporta, pur non modificando direttamente la fonte dell'informazione, cioè il DNA. Ogni alterazione o cambiamento del DNA è di pertinenza della genetica, mentre eventuali modificazioni a carico degli istoni vengono studiate da un ramo della biologia chiamato epigenetica. Il risultato di una mutazione epigenetica può però essere molto simile a quello di una modificazione genetica, poiché trasforma il comportamento cellulare; le alterazioni epigenetiche sono anche all'origine di alcuni tumori.

L’associazione: A.S.S.O.
Associazione di Volontariato AdV - ONLUS
via Arco d'Augusto, 2, 61032 - FANO (PU), Tel: 329-9813857, CF: 90036120419, studioncologici@gmail.com - www.assoadv.altervista.org
SOSTENERE CHI MERITA. «In un sistema sociale che azzera le differenze - spiega Mirco Fanelli- che non premia la qualità e l’impegno, e fa del triste appiattimento intellettivo il proprio obbiettivo, noi ci sforzeremo d’incentivare l’eccellenza e di fornire i giusti stimoli a chi invece li sta purtroppo perdendo o cercando altrove. Pur ribadendo il concetto in cui crediamo fermamente “nessuno a questo mondo è stupido”, abbiamo anche il coraggio di affermare che non siamo tutti uguali, che forse qualcuno merita di più di altri... sarebbe giusto riconoscerlo. Gli italiani hanno sempre dimostrato al mondo intero eccellenti capacità. A casa loro, ricercatori e studiosi di alto livello sono spesso costretti ad accontentarsi di fare un altro mestiere buttando via anni di formazione e crescita professionale (a loro spese tra l’altro), giovani studenti preferiscono snaturare le proprie attitudini pur di seguire una strada meno impervia. Cosa ci troveremo a gestire nell’immediato futuro? Con nessuna presunzione di risolvere tutto ciò, ma con la determinazione di chi non ci vuole stare e non s’arrende, ci impegneremo a scovare la qualità, il merito, l’impegno... e ad incentivarli. Siamo fermamente convinti che la meritocrazia alla lunga paga».

Consigli bibliografici
“Medicina epigenetica. Felicità e salute attraverso la trasformazione consapevole del DNA” di Church Dawson, Edizioni Mediterranee, 2008.
La medicina epigenetica, che parte dal presupposto che le modificazioni epigenetiche possano essere il risultato dell'esposizione a fattori ambientali o dell'alimentazione, è un ambito scientifico che promette di rivoluzionare ciò che si conosce della salute e della felicità. Fino a oggi vi era la convinzione che il DNA determinasse immutabilmente gran parte del nostro comportamento e delle nostre caratteristiche fisiche. Non più. Nuovi studi scientifici dimostrano che spesso molti geni vengono trasformati dalle nostre convinzioni, dai sentimenti e dalle nostre attitudini. Ogni pensiero che formuliamo si diffonde nell'organismo, influenzando i sistemi immunitario, ormonale e cerebrale. "Medicina epigenetica" - corredato da oltre 300 studi scientifici - intende dimostrare come possiamo assumere il controllo della salute e del benessere con pensieri e sentimenti che accrescono il nostro livello di energia e di felicità. Dawson Church stabilisce un ponte tra la genetica e la medicina, e pone le fondamenta scientifiche della medicina complementare. Raccoglie e sintetizza nuovi dati al confine tra scienza e medicina, riunendoli in un libro completo di informazioni pratiche e di esercizi.

L'evoluzione in quattro dimensioni. Variazione genetica, epigenetica, comportamentale e simbolica nella storia della vita di Jablonka Eva; Lamb Marion J., Edizioni UTET
Il modo di concepire l'ereditarietà e l'evoluzione sta attraversando una fase di rivoluzionario cambiamento. Le nuove scoperte della biologia molecolare mettono in discussione, infatti, la versione "genocentrica" della teoria darwiniana, secondo cui l'adattamento ha luogo esclusivamente tramite la selezione naturale di variazioni casuali del DNA. In questo testo, Eva Jablonka e Marion Lamb sostengono, invece, che l'ereditarietà non ha a che vedere soltanto con i geni e tracciano quattro "dimensioni" dell'evoluzione, quattro sistemi ereditari che in essa giocano una parte: quello genetico, quello epigenetico (trasmissione cellulare dei tratti esente da mutazioni del DNA), quello comportamentale e quello simbolico (trasmissione tramite il linguaggio o altre analoghe forme di comunicazione). Ciascuno di essi, secondo le autrici, è in grado di fornire variazioni su cui può agire la selezione naturale.

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