Malattie geniche: arriva l’amlexanox ad aggiustarle?

Le mutazioni nonsenso si verificano quando una mutazione ad un nucleotide di una tripletta determina la trasformazione di un codone codificante un amminoacido in un codone di stop. Per esempio la tripletta TGC codificante l’aminoacido cisteina se cambia a TGA, verrà trascritta nell’mRNA come UGA, uno dei tre codoni di stop. La proteina codificata risulta tronca, poiché la traduzione si conclude al codone di stop ignorando il resto della sequenza a valle. La conseguenza di questa mutazione è una proteina incompleta o addirittura potenzialmente dannosa per la cellula. Se però il codone di stop si trova ad almeno 50 nucleotidi dalla sequenza di splicing più vicina nell’mRNA, la cellula attiva un meccanismo di protezione noto come NMD (Nonsense Mediated Decay) che degrada l’mRNA mutato. Come si attivi questo servo-meccanismo è un mistero della Biologia corrente. Un terzo delle malattie ereditarie genetiche coinvolge un codone di terminazione prematura (PTC). Nella maggior parte dei casi, il meccanismo principale per cui una mutazione nonsenso ha un effetto, è attraverso la degradazione di tale mRNA da un meccanismo di NMD, e non attraverso la traduzione dell’mRNA mutante in una proteina troncata.

Diverse strategie terapeutiche sono state sviluppate per superare la presenza di mutazioni nonsenso. Un approccio consiste nel promuovere l’omissione dell’esone contenente PTC durante il processo di splicing dell’RNA. Ad esempio, questo approccio è stato utilizzato con successo per eliminare le mutazioni dell’esone 51 del gene della distrofina, nei pazienti con distrofia muscolare di Duchenne. I limiti di questo approccio sono: 1) garantire che la proteina troncata sia funzionale, 2) controllare il numero di esoni saltati in modo tale che l’mRNA risultante sia corretto, e 3) raggiungere un livello sufficientemente alto dell’esone saltato mRNA per avere un significato funzionale. Poiché l’NMD si verifica a monte della maggior parte della traduzione, indipendentemente dallo stato funzionale della proteina troncata, la sua inibizione può rappresentare un modo interessante per trattare le malattie genetiche mediate da mutazioni nonsenso. Una seconda strategia prevede di incorporare di un amminoacido casuale nella posizione PTC attraverso il meccanismo di lettura PTC; cioè l’aminoacido originale può essere sostituito senza perdita di funzione della proteina. È stato dimostrato che alcune molecole attivano la lettura PTC. Questi includono antibiotici della famiglia degli aminoglicosidi come la gentamicina e la tobramicina, l’RT13 e l’ataluren (Translarna). Tuttavia, anche in presenza di queste molecole, l’efficienza della lettura del PTC è bassa.

Adesso i ricercatori hanno identificato una molecola che potrebbe avere un alta specificità per la correzione delle mutazioni nonsenso. Il suo nome è amlexanox, un vecchio farmaco antiasmatico. Due studi preliminari lo hanno testato su due gravi malattie geniche. L’epidermolisi bollosa distrofica recessiva (RDEB) è una rara malattia monogenica causata dalla mancanza di collagene di tipo VII, che porta alla fragilità cutanea e alla conseguente separazione dell’epidermide dal derma sottostante. Un totale del 46% dei pazienti con RDEB ospita almeno una mutazione di codone di terminazione prematura (PTC) del gene COL7A1. Studi precedenti hanno dimostrato che gli aminoglicosidi sono in grado di superare le mutazioni PTC dell’epidermolisi bollosa, inducendo l’incorporazione di un amminoacido nel sito PTC. Tuttavia, la tossicità degli aminoglicosidi probabilmente impedirà un’applicazione clinica diffusa. L’amlexanox è stato testato per la sua capacità di leggere le mutazioni PTC in cellule derivate da pazienti con RDEB. Otto di 12 diversi alleli PTC hanno risposto al trattamento e hanno prodotto proteine ​​a lunghezza intera, in alcuni casi superiori al 50% rispetto ai controlli normali. Il collagene di tipo VII era facilmente rilevabile nel mezzo di coltura cellulare e anche localizzato nella giunzione dermo-epidermica nella coltura cutanea organotipica (Atanasova et al. 2017).

L’aspartilglucosaminuria (AGU) è una malattia da accumulo lisosomiale causata da mutazioni nel gene AGLA (aspartil-glucosaminidasi). Questo enzima partecipa alla degradazione delle glicoproteine nei lisosomi. L’AGU determina un progressivo ritardo mentale e attualmente non è disponibile alcuna terapia curativa. È stata identificata una mutazione nonsenso Trp168X a carico dell’enzima. Ser72 non è un residuo catalitico, ma è richiesto per la stabilizzazione della conformazione del sito attivo. Pertanto, lo scambio di Ser72Pro (mutazione missenso) altera l’attivazione autocatalitica del precursore dell’enzima e si traduce in una considerevole riduzione dell’attività dello stesso. Come approccio sperimentale è stato tentato l’utilizzo della betaina, un derivato dell’aminoacido glicina che le cellule utilizzano come protettore dagli sbalzi di temperatura, di osmosi o di disidratazione. La betaina, può parzialmente salvare l’attività dell’AGLA in pazienti AGU portatori di alcune mutazioni missenso, ma si è rivelata inefficace nel caso della sostituzione Ser72Pro. L’allele nonsenso Trp168X risulta nella completa mancanza di enzima a causa del decadimento non mediato (NMD) dell’mRNA. L’Amlexanox, che inibisce l’NMD e forza la traduzione dell’mRNA, ha facilitato la sintesi di una proteina AGLA completa e funzionale dall’allele nonsenso (Banning et al., 2018).

È interessante notare che l’amlexanox non solo aumenta la quantità di mRNA contenenti mutazione nonsenso, ma induce anche la sintesi di proteine troncate e / o di lunghezza intera da mRNA contenenti PTC, suggerendo l’attivazione della lettura di PTC. Questa capacità di stabilizzare l’mRNA contenente una mutazione nonsenso e promuovere la lettura di PTC è stata precedentemente descritta per G418. Questo è un analogo dell’antibiotico gentamicina, il cui indice terapeutico sfavorevole lo rende inadatto alle applicazioni mediche. La capacità di amlexanox di inibire l’NMD e facilitare la lettura di PTC suggerisce che la sua modalità di azione è diversa dalle molecole che attivano solo la lettura di PTC. Chiaramente, i ricercatori sono agli albori. Hanno identificato una molecola molto interessante, che fra l’altro è stata usata sin dagli anni Ottanta come farmaco antiinfiammatorio, antiasmatico e adesso è stata scoperta anche una possibile azione antitumorale di questo farmaco. Un’ulteriore analisi della modalità di azione di Amlexanox sarà importante per il suo sviluppo come una nuova terapia per le malattie mediate da mutazioni nonsenso. E’ ovvio che qui sono state citate solo due gravi patologie genetiche; è probabile che l’amlexanox sarà testato anche su altre. Ma la prova in laboratorio non  basta: saranno necessari dei trials clinici per confermare la sua efficacia. Anche se questo richiederà tempo, c’è un punto a favore: è un farmaco conosciuto, approvato e sicuro.

  • a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Atanasova VS et al. J Invest Dermatol. 2017 Sep;137(9):1842-49. 

Banning A et al. Biochim Biophys Acta. 2018 Mar; 1864(3):668-75.

Correa-Cerro LS et al. J Med Genet. 2005; 42(4):350.

Durand S et al. J Cell Biol. 2007; 178(7):1145–1160.

Gonzales-Hilarion S et al. Orphanet J Rare Dis. 2012;7:58.

Kerem E et al. Lancet. 2008; 372(9640):719–727.

Welch EM et al. Nature. 2007; 447(7140):87–91.

Informazioni su Dott. Gianfrancesco Cormaci 2484 Articoli
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry specialty in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Detentore di un brevetto sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of a patent concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica, salute e benessere sui siti web salutesicilia.com e medicomunicare.it