La prima volta di Londra. L’altra via all’editing degli embrioni

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Sono i primi embrioni umani geneticamente editati in Europa a comparire nella letteratura scientifica. Ma rispetto agli esperimenti cinesi e a quello più recente effettuato negli Stati Uniti, presentano una differenza fondamentale. Il lavoro appena pubblicato su Nature non rientra in un progetto per la terapia genica embrionale. Il gruppo del Francis Crick Institute di Londra, infatti, non si è dato come scopo la correzione di una mutazione legata a qualche malattia genetica, ma l’accrescimento delle conoscenze relative allo sviluppo embrionale. Perciò abbiamo chiesto a uno dei firmatari dello studio di spiegarci obiettivi e risultati. Alessandro Bertero ha 29 anni e ha contribuito a ottimizzare la tecnica usata da Kathy Niakan e colleghi quando era dottorando a Cambridge. Ci ha risposto via skype dall’America, dove continua a lavorare sulle cellule staminali embrionali come postdoctoral fellow all’Università di Washington.  

berteroAvete usato l’editing genomico per prendere di mira un gene detto OCT4. Con quale obiettivo?

Nella fecondazione assistita il tasso di sopravvivenza degli embrioni è basso. Solo il 10% di quelli creati in vitro arriva al terzo mese di gravidanza, dopo di che la strada è in discesa. Per questo molte donne, per diventare madri, devono sottoporsi a 4 o 5 cicli, che sono fisicamente e psicologicamente pesanti, oltre che costosi. Per incrementare la percentuale di successi è utile migliorare le condizioni di coltura, aumentando alcuni fattori di crescita o diminuendone altri. Ma per trovare la ricetta giusta occorre conoscere bene i geni chiave per lo sviluppo embrionale nella specie umana. Le tecniche di coltura usate finora si basano prevalentemente su esperimenti eseguiti sul topo e su successivi aggiustamenti empirici. Probabilmente questa è una delle ragioni per cui lo sviluppo di tanti embrioni si arresta precocemente.  

Perché avete deciso di partire proprio da questo gene?

I motivi sono tre. Perché ha il periodo giusto di espressione, perché produce effetti sia fenotipici (sull’aspetto degli embrioni) che funzionali, e infine perché si sospettavano leggere differenze tra embrioni umani e di topo. In effetti le differenze si sono rivelate importanti. Bloccando l’espressione di OCT4, lo sviluppo si interrompe in modo più precoce nell’uomo che nel topo. Allo stadio di blastocisti, se OCT4 non funziona a dovere, gli embrioni sono come palloncini che si gonfiano e si sgonfiano fino a collassare. Forse alcune cellule non sono connesse saldamente, forse non mandano i giusti segnali, il meccanismo deve ancora essere chiarito a livello molecolare.

I ricercatori cinesi sono partiti usando embrioni con un corredo genetico anomalo che non avrebbero potuto svilupparsi comunque. Nell’esperimento americano invece gli embrioni sono stati creati ad hoc. E voi?

Sono stati usati 58 embrioni sovrannumerari, donati da coppie che erano ricorse alla fecondazione assistita e non ne avevano più bisogno. Rispetto agli Stati Uniti, in Gran Bretagna vigono regole più rigide. La Human Fertilisation and Embryology Authority ha valutato attentamente gli aspetti etici. A posteriori si può aggiungere che questo lavoro, dimostrando che il topo non è un modello perfetto, contribuisce a sostenere l’eticità della ricerca con gli embrioni umani.

Cosa avete fatto esattamente?

I veri pionieri sono i ricercatori del Crick Institute, sono loro che hanno aperto una nuova strada, io ho solo avuto la fortuna di poterli affiancare. In particolare ho ottimizzato la guida di RNA usata dal sistema CRISPR per individuare il gene bersaglio e poi tagliarlo, in modo che il macchinario di riparazione cellulare saldando le estremità generasse delle mutazioni puntiformi, con il risultato di bloccare l’espressione di OCT4. L’ho fatto lavorando con cellule staminali pluripotenti umane, poi la procedura è stata messa alla prova su embrioni di topo e infine, quando il gruppo si è convinto che funzionava bene, è stata la volta degli embrioni umani. Il lavoro preparatorio è durato oltre un anno.

In agosto l’esperimento americano sembrava aver portato la tecnica CRISPR a un elevato livello di efficienza e affidabilità. Poi l’interpretazione di quei risultati è stata messa in dubbio. Nel vostro caso CRISPR ha funzionato bene?  

Noi abbiamo usato embrioni già esistenti e quindi non abbiamo potuto introdurre il sistema CRISPR nell’ovocita al momento della fecondazione, come ha fatto Mitalipov. Perciò abbiamo tassi maggiori di mosaicismo, ovvero di embrioni in cui la modificazione genetica non è avvenuta in tutte le cellule. L’efficienza comunque è risultata abbastanza buona: il 45% degli embrioni ha riportato una mutazione su entrambe le copie del gene, il 70% in almeno una. Per la terapia genica germinale il mosaicismo rappresenta un problema, perché si vogliono correggere tutte le cellule dell’individuo, ma per gli studi di biologia dello sviluppo questo fenomeno può diventare persino utile per valutare le differenze legate a diversi livelli di espressione del gene bersaglio. I dati raccolti sono una miniera di informazioni da analizzare. 

(Credit foto: Kathy Niakan)

 

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