Novità su Dna e tumori

Cristina Mazzantini, N. 4 aprile 2007

Alcuni scienziati belgi del VIB, l'Istituto interuniversitario fiammingo per la biotecnologia, hanno reso pubblico un traguardo eccezionale nella ricerca sul cancro. Attraverso un modello animale, i ricercatori hanno scoperto la funzione di un mediatore, la proteina Ptprv, coinvolta nell'inibizione della crescita tumorale. Gli stessi hanno dimostrato poi che l'assenza di tale proteina mediatrice rende i ratti suscettibili di contrarre il cancro. Grazie a questo studio, gli scienziati contribuiscono all'approfondimento della conoscenza dei meccanismi molecolari che presiedono allo sviluppo della neoplasia.
È ormai noto da tempo, e non solo agli addetti ai lavori, che le cellule che compongono il nostro corpo sono in costante avvicendamento, per cui quelle vecchie muoiono e ne vengono prodotte di nuove. Infatti, nel corso del processo, ogni cellula attraversa una serie di fasi ben programmate: in primo luogo viene duplicato il materiale ereditario, o Dna, nel nucleo della cellula; successivamente il nucleo si divide a metà; infine l'intera cellula si divide e le cellule figlie vanno a costituire due cellule completamente nuove. Essendo essenziale che il ciclo cellulare si compia in maniera perfetta, sono stati creati vari punti di controllo per consentire alla cellula di controllare la stabilità del Dna. Se quest'ultimo si danneggia, il ciclo cellulare si arresta.
La proteina p53, una proteina nucleare, ha un ruolo fondamentale nel regolare il ciclo cellulare poiché conduce alla sua interruzione. Generalmente ciò accade al termine della fase di crescita. Se tuttavia il Dna è danneggiato o se insorgono altri problemi, la p53 può anche innescare una morte cellulare programmata (o apoptosi). Dato che la p53 può anche bloccare l'ulteriore crescita delle cellule, questa proteina è importantissima nell'inibire la crescita tumorale e nell'impedire l'insorgenza della neoplasia. Quando il cancro si manifesta, la proteina p53 viene disattivata attraverso un'alterazione o una mutazione del gene stesso, oppure attraverso la modifica del funzionamento delle proteine che regolano la p53 o che influiscono sulla sua attività.
Le ricerche condotte dal team belga hanno permesso di concludere che la proteina Ptprv agisce in collaborazione con p53. In alcune circostanze la p53 influisce direttamente nella produzione di Ptprv. Se il DNA si danneggia, Ptprv assume un ruolo chiave nell'interrompere il ciclo cellulare, contribuendo inoltre a inibire la crescita tumorale.
Nel frattempo alcuni ricercatori italiani, osservando il funzionamento di tre proteine, hanno scoperto un nuovo meccanismo che blocca p53, il gene che ha il compito di “vincere” e distruggere le cellule tumorali.
Il lavoro svolto dal Dipartimento di Oncologia Sperimentale e dal Servizio di Anatomia Patologica dell’IRE e dal Dipartimento di Biologia e Patologia Cellulare e Molecolare dell’Università di Napoli “Federico II” ha illustrato come le proteine HMGA1 possono sequestrare nel citoplasma la proteina HIPK2, che serve per attivare la p53, impedendone l’ingresso nel nucleo dove la HIPK2,lavora in stretta collaborazione con p53. Da questo ulteriore tassello occorre ora sviluppare nuove e più mirate strategie terapeutiche che consentano, invece, la normale iper-attivazione di p53.
"Il meccanismo più frequente di inattivazione", ha spiegato la dottoressa Silvia Soddu, coordinatrice del lavoro e ricercatore del Dipartimento di Oncologia Sperimentale IRE, "è la mutazione della proteina p53 che, infatti, è presente in circa il 50% dei tumori umani. La restante metà dei tumori sviluppa, invece, meccanismi indiretti di blocco della funzione di p53, che possono variare nei diversi tipi di tumore e contribuire sia alla progressione tumorale che alla resistenza alle cure".
La ricerca, pubblicata prima online su “The Journal of Clinical Investigation”, descrive un nuovo meccanismo con cui il soppressore dei tumori p53 può essere inattivato. "In collaborazione con il gruppo del professor Alfredo Fusco dell’Università Federico II di Napoli", ha proseguito la Dottoressa Soddu, "abbiamo dimostrato che le proteine HMGA1, frequentemente alterate nei tumori, svolgono la loro attività pro-tumorale di oncogeni inibendo la super-attivazione di p53. Ciò avviene tramite il sequestro nel citoplasma della proteina HIPK2, il super-attivatore di p53, impedendone l’ingresso nel nucleo, dove normalmente il HIPK2 risiede e funziona in cooperazione con p53".
Il lavoro è nato dall’osservazione molecolare fatto dalla dottoressa Maria Giovanna Pierantoni di Napoli, sull’oncogene HMGA1, di cui il gruppo del professor Fusco si occupa da anni, è in grado di interagire fisicamente sia con p53 che con HIPK2, proteine da tempo studiate dal gruppo della Soddu. Lo studio è quindi proseguito all’IRE, dove la dottoressa Cinzia Rinaldo ha scoperto che il legame tra HMGA1 e HIPK2 impedisce a quest’ultima di raggiungere il nucleo, sua sede naturale. Qui di solito la HIPK2 stimola il suicidio cellulare super-attivando p53.
Per verificare se questo meccanismo molecolare, individuato manipolando delle cellule in coltura, fosse presente anche nei tumori umani, "abbiamo selezionato, in collaborazione con la dottoressa Marcella Mottolese del Servizio di Anatomia Patologica IRE", ha precisato sempre la dottoressa Soddu, "un gruppo di biopsie provenienti da tumori della mammella che presentavano sia la proteina p53 mutata che quella normale, per analizzare i livelli di espressione e la localizzazione all’interno delle singole cellule delle proteine HMGA1 e HIPK2. Abbiamo inoltre misurato, come indice di aggressività del tumore, la percentuale di cellule apoptotiche presente in ciascuna biopsia, ovvero la quantità di cellule che vanno incontro a suicidio.
Tipicamente, questa percentuale è molto bassa nei tumori in cui la proteina p53 è mutata. Nel caso dei tumori in cui la proteina p53 era normale e la proteina HMGA1 iperespressa, abbiamo trovato HIPK2 nel citoplasma e la quantità di apoptosi simile a quella in cui p53 era mutata, confermando in vivo, per ora nei tumori della mammella, l’esistenza di questo nuovo meccanismo di inattivazione di p53".
Insomma, la carta p53 vince, quindi può agire contro il tumore, solo se HIPK2 è nel nucleo e se HMGA1 non è iper-espressa. L’individuazione di tali meccanismi è importante al fine di sviluppare farmaci e terapie sempre più mirate alla correzione dei meccanismi cellulari e per raggiungere il pieno successo della strategia terapeutica. Lo studio, realizzato con il contributo dell’AIRC, è uscito sul numero di marzo di “The Journal of Clinical Investigation” (vol.117, n.3-2007) ed è consultabile sul sito www.jci.org.
A dare valore aggiunto a questi studi italiani e europei è una ricerca dell'Università di Milano che sostiene l'esistenza di un legame tra alcune malattie genetiche, causate da difetti di riparazione del DNA, e l’insorgenza di tumori. I ricercatori milanesi sono partiti dall'assunto che le malattie genetiche, l’invecchiamento e lo sviluppo di tumori, sono tutti il risultato di mutazioni nel DNA, dovute a numerosi agenti chimico-fisici presenti nell’ambiente e ad alcuni prodotti del normale metabolismo cellulare. Ciò che tiene sotto controllo questi mutamenti è un sistema di sorveglianza, chiamato "checkpoint", che controlla la qualità del DNA e, se individua alterazioni pericolose, attiva una risposta da parte della cellula volta a limitare i danni e a riparare le lesioni. In alcune situazioni, però, questi meccanismi di sorveglianza si inceppano. È il caso dei pazienti affetti da Xeroderma pigmentosum (XP), i cosiddetti bambini della luna, nei quali la normale esposizione alle radiazioni UV provoca gravi tumori della pelle.
Il gruppo di ricerca, coordinato dai dottori Paolo Plevani e Marco Muzi Falconi, in collaborazione con il laboratorio del CNR di Pavia, ha scoperto che il deficit nel sistema di riparazione tipico dei pazienti XP non solo rende le cellule incapaci di rimuovere le lesioni causate dalla radiazione solare, ma impedisce anche il funzionamento dei meccanismi di sorveglianza che controllano la stabilità dell’intero genoma. È probabilmente per questo motivo che i pazienti XP hanno anche un'elevata predisposizione allo sviluppo di tumori. La ricerca, pubblicata sulla rivista americana "PNAS-Proceedings of the National Academy of Sciences", segna un altro passo avanti verso la comprensione della natura molecolare di queste gravi patologie.

La proteina Che-1 aumenta l'efficacia della chemioterapia
Alcuni anni fa i ricercatori dell'IRE di Roma hanno identificato e clonato Che-1, una proteina umana coinvolta nella regolazione della crescita cellulare e inibita in numerosi tumori. Oggi si è scoperto come l'inibizione di Che-1 aumenti l'efficacia della chemioterapia. Su "Cancer Cell" sono stati pubblicati i risultati degli studi volti a caratterizzare le funzioni di questa proteina. È stato infatti individuato un importante ruolo di Che-1 nella risposta cellulare al danno al Dna, uno dei meccanismi responsabili della trasformazione tumorale.
""La cellula possiede dei sofisticati meccanismi in grado di avvertire il danneggiamento del DNA", ha chiarito il dottor Maurizio Fanciulli, coordinatore del gruppo di lavoro, "quindi avviare i processi di riparazione o, se il danno si rivela troppo ingente, indurre la morte programmata al fine di non consentire la propagazione di Dna alterato o mutato. L'importanza di un corretto funzionamento di questi meccanismi è comprovata dall'aver riscontrato che la loro assenza o la presenza di forme mutate sono responsabili dell'insorgenza di tumori o di diverse malattie genetiche".
Lo studio, realizzato in collaborazione con il dottor Domenico Delia dell'Istituto Tumori di Milano e con il dottor Claudio Passananti del CNR, ha dimostrato che una volta segnalata all'interno della cellula la presenza di alterazioni del Dna, Che-1 viene specificamente modificato e, in questo modo, la proteina contribuisce alla riparazione del Dna attivando geni importanti per questi processi come, per esempio, p53.
Che-1 risulta quindi fondamentale per consentire alla cellula la riparazione del Dna, evitando mutazioni o alterazioni che possono condurre al tumore. D'altro canto, i farmaci utilizzati in chemioterapia producono danni al Dna al fine di bloccare le cellule tumorali in attiva proliferazione. Recentemente è emerso che, nelle cellule tumorali, i meccanismi che riparano il Dna possono ridurre l'efficacia di diverse terapie anti-neoplastiche.
"Sempre in questo studio" ha precisato ancora il dottor Fanciulli, "è stato dimostrato che riducendo i livelli di Che-1 nella cellula tumorale si riesce ad aumentare l'effetto dei farmaci anti-tumorali, superando anche i fenomeni di chemioresistenza che spesso rendono inefficace il trattamento farmacologico. Pertanto una nuova strategia terapeutica potrebbe basarsi proprio su una specifica inibizione dei meccanismi di risposta al danno al Dna nella cellula neoplastica".

È scritto nel Dna se le arterie invecchiano precocemente
Quattro paesini nel cuore della Sardegna, Lanusei, Ilbono, Elini e Arzana, sono stati trasformati in laboratori dai ricercatori dell'Istituto di Neurogenetica e Neurofarmacologia (Inn) del CNR. È qui che si stanno studiando, nell'ambito del progetto Progenia, i geni di 6000 abitanti di una popolazione che è rimasta isolata per millenni a causa dell'insularità e che probabilmente deriva da un numero ristretto di individui 'fondatori'.
"Le diversità tra individuo e individuo derivano dal fatto che ognuno di noi possiede differenti varietà dello stesso gene", ha sottolineato il dottor Antonio Cao, direttore dell'Inn-Cnr e coordinatore del Progetto. "Nella nostra isola le differenze sono minori. E questo ci permette di associare più facilmente la variante genetica a uno o più tratti particolari quali, ad esempio, l'elasticità o meno delle arterie (importante per l'insorgenza di alcune malattie comuni come la coronaropatia) o la capacità di affrontare con ottimismo le difficoltà della vita".
In media, i geni possono spiegare il 40% della variabilità di 38 parametri ematologici (come, ad esempio, il livello del colesterolo buono HDL o di quello cattivo LDL); il 51% della variabilità di 5 misure antropometriche (come altezza, peso e circonferenza della vita); il 20% di 20 parametri cardiovascolari e il 19% di 35 tratti della personalità. Dallo studio si evince inoltre l'esistenza di differenze nella componente genetica tra i due sessi.
"Infatti, mentre le differenze dei parametri fisici come altezza e peso tra uomo e donna sono quasi ovvie", ha spiegato il dottor Cao, "quelle nel comportamento, per esempio, lo sono un po' meno: l'attitudine a sviluppare nevrosi, o la tendenza ad essere estroversi, è influenzata dai geni al 30% per le donne, ma solo al 20% per gli uomini. Sembra addirittura esserci un legame tra la variabilità di questi parametri e l'età della persona. I risultati mostrano che un tratto come la pressione arteriosa ha una bassissima ereditarietà in individui con meno di 40 anni, mentre la correlazione è più forte in persone di età superiore".
Recentemente, la genotipizzazione del Dna dei 6000 volontari sardi è stata conclusa utilizzando una tecnologia all'avanguardia che, tramite l'impiego di speciali Gene Chip Arrays, permette l'analisi sistematica delle variazioni polimorfe del Dna di tutto il genoma umano.
"L'analisi di associazione tra le variazioni di sequenza del Dna e i tratti fenotipici studiati è tuttora in corso. Tuttavia risultati preliminari mettono in evidenza la potenza statistica del nostro campione nell'identificazione di geni, confermando la validità e la forza dell'approccio di studio scelto", ha concluso il dottor Cao. Le conoscenze che scaturiranno dallo studio permetteranno di comprendere i meccanismi molecolari alla base del complesso processo dell'invecchiamento. I risultati saranno sicuramente di estrema importanza per la comunità scientifica ma soprattutto contribuiranno a migliorare la qualità della vita non solo della popolazione dell'Ogliastra o della Sardegna ma degli anziani di tutto il mondo, attraverso suggerimenti sul regime di vita e con l'ausilio, eventualmente, di farmaci appropriati.
"Progenia" è nato nel 2001 in collaborazione con l'Istituto nazionale sull'invecchiamento del National Institute of Health americano, dal quale è stato totalmente finanziato, e si protrarrà almeno fino al giugno 2011.

Proteine anti-tumore, al via nuovi studi
Sono estratte dall'embrione di un pesce, lo Zebrafish, e si sono già dimostrate efficaci contro il carcinoma del fegato in fase avanzata. Ha dato risultati più che incoraggianti in pazienti colpiti da tumore del fegato in fase avanzata ed entro alcuni mesi verrà messa alla prova contro alcune neoplasie della vescica, della prostata e del cervello. Parliamo di una terapia che costa solo 40 euro al mese, si basa sulle capacità anti-cancro proprie dell’embrione e punta non tanto a uccidere le cellule malate, quanto piuttosto a “riprogrammarle” in cellule sane. Messa a punto da un "outsider", il dottor Pier Mario Biava, primario di Medicina del lavoro all’ospedale di Sesto San Giovanni (Milano), la terapia utilizza una serie di proteine prodotte dall’embrione in determinate fasi del suo sviluppo, che vengono chiamate “fattori di differenziazione” perché regolano alcuni meccanismi fondamentali per la maturazione delle cellule da staminali indifferenziate a cellule specializzate nelle loro diverse funzioni. Questi fattori di differenziazione, estratti dall'embrione di un pesce tropicale, sembrano in grado di ricondurre alla normalità fisiologica in alcuni casi le cellule tumorali, ovvero di risolvere il difetto genetico che le rende incapaci di completare il loro sviluppo e le spinge a moltiplicarsi indefinitamente.
Nelle prove di laboratorio, i fattori di differenziazione hanno dimostrato di poter bloccare la moltiplicazione cellulare in otto tipi di tumori umani diversi (mammella, rene, fegato, cervello, utero, melanoma, leucemia linfoblastica acuta), riparando l’anomalia all’origine della malignità oppure, quando ciò non era possibile, attivando il programma di distruzione della cellula malata.
Una prima sperimentazione clinica su pazienti con un carcinoma epatico, eseguita somministrando dosi bassissime di queste sostanze (nell’ordine dei microgrammi), in tre dosi quotidiane sotto forma di pastiglie sub-linguali, ha confermato i risultati positivi. I dati ottenuti, pubblicati alcuni mesi fa dalla rivista "Oncology Research", evidenziano infatti un netto miglioramento nella sopravvivenza generale e il blocco della malattia per il 36 per cento dei malati (non progressione o addirittura, nel 20 per cento dei casi, regressione).
Pier Mario Biava è tornato a parlare del suo lavoro in occasione di un convegno sulle cellule staminali organizzato dal professor Salvatore Smirne, direttore della Clinica Neurologica IV dell’Università di Milano. Gli domandiamo che ne è di quei pazienti, partiti da condizioni di malattia molto avanzata e senza altre opzioni di cura, che hanno beneficiato della terapia con i fattori di differenziazione nel corso della sperimentazione (durata da gennaio 2001 ad aprile 2004). "Alcuni di loro continuano a seguire la cura", ha risposto il dottor Biava. "In certi casi la malattia si ripresenta ma sembra essere nuovamente fermata dalla terapia e, per il momento, senza che emergano effetti collaterali negativi". Risultati che suscitano l’interesse di più di un addetto ai lavori, ma che Biava riconduce alla massima cautela: "È vero", ha sottolineato l'esperto, "i dati positivi ci sono ma occorre fare un passo alla volta e raccogliere tutte le conferme possibili".
Un’importante controprova, sia pure indiretta e riferita agli animali, è arrivata da una ricerca del Children’s Memorial Research Center e del Cancer Center di Chicago, che ha dimostrato come l’impianto di un melanoma nell’embrione di Zebrafish non dia luogo allo sviluppo di un tumore, al contrario di quanto avviene nel pesce adulto, perché, secondo gli autori, il cosiddetto “microambiente embrionario” protegge dalle neoplasie. A questo punto, visto che la strada sembra promettente, va affinata, creando terapie sempre più personalizzate, poiché ogni paziente ha bisogno di una cura che agisca su una diversa espressione genica. E, tornando a Biava, è necessario capire perché le pillole sublinguali non abbiano aiutato tutti i malati di epatocarcinoma. Infine, bisogna studiare come possono agire queste sostanze su altre forme tumorali. "Siamo pronti a partire con una nuova fase di studi clinici, in collaborazione con il Policlinico di Milano", ha annunciato il dottor Biava, "che coinvolgeranno malati di glioblastoma multiforme, carcinoma della vescica e della prostata. Sono in preparazione i protocolli sperimentali e l’avvio è previsto per l’inizio del 2007. Intanto, alcune aziende farmaceutiche hanno mostrato interesse a questo filone terapeutico".

Indirizzi utili

Policlinico Universitario Federico Ii
Via Sergio Pansini, 5 - 80131 Napoli
Centralino: 081 7461111
Prenotazioni/informazioni: 081 7461111
www.policlinico.unina.it

Istituto Nazionale Tumori Regina Elena IRCCS
Via Elio Chianesi, 53 - 00144 Roma
Centralino: 06 52661
Prenotazioni/informazioni: 06 52662727 - 800 986868
www.ifo.it

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