Dal DNA all`epigenoma, la via della personalizzazione

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THE FUTURE OF SCIENCE
Joseph Costello
In questo articolo:
epigenoma
medicina personalizzata
nuovi farmaci
Dal DNA
all’epigenoma,
la via della
personalizzazione
È intervenuto a Venezia, nell’ambito
della lecture AIRC, uno dei massimi
esperti di epigenetica, in grado
di spiegare perché l’ambiente
e gli stili di vita determinino quanto
i geni il nostro destino
E’
a cura di FABIO TURONE
un momento
davvero entusiasmante per
chi fa ricerca
sul cancro: Joseph Costello ha aperto con
queste parole la sua conferenza sul tema della medicina di precisione, nella sessione dedicata a una lecture
AIRC durante il convegno
The Future of Science, organizzato sull’isola di San
Giorgio, a Venezia, dalla Fondazione Veronesi.
Costello (“il cognome
suona italiano, ma sono di
origini irlandesi” ha chiarito
subito) è infatti il neuroscienziato che per molti
anni ha diretto il centro dell’Università di San Francisco, in California,
dove è stata
ricostruita la “mappa” dell’epigenoma, grazie a un ingente fondo di ricerca dei National Institutes of Health statunitensi.
“Con il termine epigenoma si intende tutto ciò che
interagisce con il nostro patrimonio genetico, il DNA, facendo sì che ciascuna cellula
specializzata partecipi, nei
modi e nei tempi previsti, al
funzionamento dell’organismo” ha spiegato il relatore.
Oggi l’obiettivo dei suoi studi
è lo sfruttamento delle conoscenze sui meccanismi che
regolano il funzionamento
delle cellule
sane e malate
per migliorare
la prevenzione e la terapia
del cancro.
IL MARCHIO
DEL DIRETTORE
Fino a poco tempo fa si
pensava che le malattie fossero causate prevalentemente da mutazioni nella sequenza del DNA, da agenti
infettivi come batteri e virus
o da agenti ambientali, mentre oggi è
diventato
chiaro il
ruolo – in
un certo
senso di intermediario – svolto appunto dall’epigenoma, che si chiama così
perché non è direttamente il
codice genetico, ma modifica il modo in cui questo
viene letto. Ogni essere
umano è composto da molti
miliardi di cellule, che, all’interno del nucleo, contengono tutte essenzialmente lo
stesso identico patrimonio
genetico. Tuttavia ciascuna
svolge nell’organismo un
compito ben preciso, dando
vita a tessuti e organi molto
diversi gli uni dagli altri.
L’insieme delle sostanze chimiche e proteine che agiscono sul DNA, e gli forniscono
le istruzioni per attivarsi
in
modo da assolvere alla
propria
funzione
specializzata, si chiama epigenoma.
Quando l’epigenoma interagisce con il DNA per modificare il suo funzionamento,
si dice che ha “marcato” il genoma: queste “marcature”
possono essere trasmesse da
una cellula all’altra quando
questa si divide e, in alcuni
casi, possono
Ogni gene
viene modulato
da fattori
epigenetici
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UNA NUOVA RISORSA ACCESSIBILE IN RETE
LA MAPPA DEL TESORO
C
on la pubblicazione contemporanea – sulla
rivista Nature – di ben 24 articoli scientifici
è stata presentata nel febbraio scorso la prima
mappa completa degli epigenomi di un’ampia
gamma di cellule e tessuti umani (al momento
111), frutto di un colossale progetto finanziato
dai National Institutes of Health americani.
“Finora ci sono stati in oncologia ricercatori
che studiavano il genoma e altri che
studiavano gli epigenomi. Hanno praticamente
lavorato su binari paralleli, senza parlare
granché gli uni con gli altri” spiega Joseph
Costello, che ha diretto uno dei quattro centri
coinvolti. “Negli ultimi cinque-sei anni tutto è
cambiato, perché si è visto che le mutazioni
più ricorrenti nel cancro agiscono sui
regolatori epigenomici. Insomma, le mutazioni
del genoma si manifestano attraverso
meccanismi epigenomici, tanto che, oggi, le
aziende farmaceutiche vedono gli epigenomi
come un bersaglio importante”. Grazie al
lavoro del gruppo diretto da Costello, questa
mappa è oggi navigabile online, a disposizione
degli scienziati di tutto il mondo.
essere anche trasmesse ai discendenti. L’epigenoma è a
sua volta influenzato dall’ambiente in cui viviamo e dagli
stili di vita che adottiamo.
La relazione tra genoma
(ovvero il DNA) ed epigenoma può essere paragonata a
un’esecuzione musicale, in
cui lo spartito scritto dal
compositore rappresenta il
DNA, ma in cui l’orchestra
esegue il brano attraverso le
annotazioni del direttore
che, nel momento dell’esecuzione, tiene conto di numerosi elementi, dall’acustica della sala al tipo di pubblico. Nessuno di questi elementi modifica lo spartito,
ma tutti insieme possono far
sì che due esecuzioni della
stessa opera producano un
risultato molto diverso e che
alla lunga un’orchestra conservi, per così dire, il “marchio” del direttore.
UN MECCANISMO DI
PERSONALIZZAZIONE
“Grazie alla ricerca, negli
ultimi anni abbiamo dimostrato che anche le modifiche
dell’epigenoma possono essere causa di malattia o, a loro
volta, essere causate dalla
malattia. Perciò lo studio dell’epigenoma è diventato uno
degli ambiti di ricerca cruciali per migliorare la salute, imparando anche dalle mutazioni prodotte dalle terapie”
ha spiegato Costello. “Le
mappe epigenomiche potrebbero un giorno permettere ai medici di determinare lo
stato di salute individuale e
cucire le migliori terapie addosso a ciascun paziente”. È
noto oggi che l’interazione
con l’ambiente (per esempio
l’esposizione a ormoni e sostanze chimiche nelle prime
fasi della vita), alcuni comportamenti e le abitudini alimentari possono incidere
sulle caratteristiche delle
cellule, lasciando un segno:
“La buona notizia è che questi programmi epigenetici
sono reversibili e forniscono
un approccio nuovo e promettente” spiega il ricercatore americano, che lo ha usato
nello studio di alcuni tumori
cerebrali e del cervello sano,
a partire da uno specifico
meccanismo epigenetico, la
metilazione del DNA.
Nel caso del glioblastoma
(un tumore cerebrale), per
esempio, si è scoperto che è
alla base della risposta al farmaco temozolomide, che uccide le cellule cancerose, aggiungendo un gruppo metile al loro DNA. In alcuni casi
il farmaco ha un “effetto collaterale” molto desiderabile,
perché questo
meccanismo
di metilazione blocca il funzionamento
di un gene capace di contrastarne l’effetto terapeutico.
Il risultato è che in questi
pazienti la terapia ha molte
più probabilità di funzionare che in altri, un bell’esempio di come l’epigenoma
possa personalizzare la risposta alla cura.
Altri studi sono in corso
per comprendere meglio l’azione dell’epigenoma nella
crescita dei tumori dello stomaco, del colon, del rene e
altri ancora. “Servirà del
tempo perché il comprensibile entusiasmo dei ricercatori appaia pienamente giustificato anche agli occhi dei
malati” ha ammesso Costello. “Le mappe che confrontano sempre più in dettaglio
genoma ed epigenoma delle
cellule tumorali e delle cellule sane saranno però utilissime per guidare le future
ricerche sulla diagnosi, la terapia e la prevenzione del
cancro”.