Si chiama Apt1. È la molecola sviluppata da un team dell’Istituto Italiano di Tecnologia, grazie all’impiego di un algoritmo avanzato, in grado di interferire con RAD51. Si tratta di una proteina chiave della riparazione del DNA che lavora insieme al gene BRCA2, la cui mutazione è alla base dell’insorgenza di diversi tumori, come quello al seno, all’ovaio e al pancreas.

Da esperimenti in laboratorio, Apt1 si profila quale candidato farmaco per migliorare le attuali terapie contro il cancro al pancreas: si è rivelata capace di rendere le cellule tumorali più vulnerabili ai chemioterapici, consentendo quindi dosaggi inferiori.

Pubblicato su Nature Communications, lo studio è frutto della sinergia tra il laboratorio RNA Systems Biology e il Computational and Chemical Biology lab dell’IIT.

I principali fattori di rischio

«Il nostro obiettivo – spiega la ricercatrice Giulia Milordini, prima firma dello studio – era avvicinarci a una cura per il tumore al pancreas, perché purtroppo è quello con prognosi più sfavorevole, e la chemioterapia, pur essendo un trattamento fondamentale, risulta efficace solo in una parte dei pazienti».

I principali fattori di rischio per l’insorgenza di tumore al pancreas includono il fumo di sigaretta, l’alcool, uno stile di vita scorretto e la presenza di patologie d’organo, come pancreatite cronica, diabete mellito e gastrectomia. La predisposizione genetica gioca un ruolo fondamentale nel 10% dei casi, come nel caso della mutazione di BRCA2, su cui ha mirato il gruppo di ricerca.

La letalità sintetica: colpire due vulnerabilità insieme

«Il nostro lavoro si basa sul concetto di letalità sintetica – puntualizza Milordini -, ovvero due mutazioni insieme causano morte cellulare, mentre ciascuna singolarmente non è letale per la cellula». La strategia nota come letalità sintetica è un meccanismo che sfrutta la differenza genetica tra cellule sane e quelle malate, colpendo solo quest’ultime.

Questo approccio è già sfruttato da farmaci come olaparib, un inibitore di PARP (enzima coinvolto nei processi di riparazione del DNA il cui blocco porta alla morte della cellula), che rallenta la riparazione del DNA nella cellula tumorale, costringendola ad accumulare molti errori nel codice genetico che ne inducono la distruzione. Questo farmaco è utilizzato nei tumori con mutazioni nei geni BRCA1 e BRCA2, come quello all’ovaio e al seno, ed è indicato per il trattamento dell’adenocarcinoma pancreatico. «Nelle persone con questa mutazione l’homologous recombination, un tipo di riparazione del DNA, è difettoso. Il problema è che molti pazienti affetti da tumore non presentano queste mutazioni e quindi non possono beneficiare di queste terapie».

Ed è su questa fetta di popolazione, molto ampia, che si concentra il lavoro coordinato all’IIT da Gian Gaetano Tartaglia (responsabile del laboratorio RNA Systems Biology) e Andrea Cavalli (a capo del laboratorio di Computational and Chemical Biology). Bloccando questo meccanismo, anche le cellule tumorali senza mutazioni BRCA diventano vulnerabili ai PARP-inibitori.

«Combinando un PARP inibitore con la nostra molecola – spiega Tartaglia – induciamo un danno al DNA che la cellula tumorale non è in grado di riparare. E questo porta alla morte delle cellule tumorali».

Dagli anticorpi monoclonali agli aptameri

La proteina progettata in laboratorio è un aptamero, un piccolo frammento di acido nucleico (RNA o DNA) istruita per interagire in modo altamente specifico con una proteina bersaglio. Nei test in vitro, l’aptamero induce morte delle cellule tumorali inibendo la ricombinazione omologa. «Nel confronto tra cellule tumorali e cellule epiteliali non tumorali abbiamo rilevato una differenza significativa» precisa Milordini. «L’effetto citotossico, cioè, risultava selettivo sulle cellule tumorali, anche in associazione con l’antitumorale».

La molecola ha dimostrato la stessa efficacia anche in modelli 3D di sferoidi tumorali, sistemi più complessi che riproducono in modo più fedele l’architettura dei tumori in vivo, con un effetto dose-dipendente, evidente soprattutto in associazione con olaparib. In altre parole, Apt1 rallenta la riparazione del DNA, rende le cellule malate più vulnerabili ai chemioterapici e ha effetti ridotti su quelle sane. Ma la loro azione combinata potenzia gli effetti: olaparib e Apt1 dimostrano cioè una maggiore capacità di aggredire il tessuto canceroso rispetto a quando sono usate singolarmente.

«Gli aptameri – aggiunge Milordini – presentano dimensioni ridotte, alta specificità per il bersaglio, maggiore facilità di sintesi e modifica e una buona solubilità. Per questo, offrono una serie di vantaggi rispetto ad altre strategie terapeutiche oggi molto diffuse, come gli anticorpi monoclonali. Per esempio, consentono l’introduzione rapida ed economica di modifiche in posizioni specifiche della sequenza».

Dall’algoritmo alla cellula: il ruolo di catRAPID

A fare la differenza è anche il modo in cui la molecola è stata progettata. Il team ha utilizzato catRAPID, un algoritmo sviluppato dal gruppo guidato da Gian Gaetano Tartaglia (a sinistra nella foto, al centro Milordini e a destra Cavalli), in grado di progettare sequenze di DNA o RNA capaci di legarsi in modo specifico a determinate proteine e già utilizzato nello studio delle proteine implicate in malattie neurodegenerative, come TDP-43.

«I modelli come AlphaFold, uno dei più utilizzati al mondo, sfruttano enormi quantità di dati per identificare pattern e fare previsioni. catRAPID segue invece un approccio più “bottom-up”, partendo dai principi primi della fisica molecolare. Quando i dati sono abbondanti, gli approcci statistici funzionano molto bene. Ma quando ci si spinge in territori meno esplorati, avere un modello basato su principi fondamentali può fare la differenza» osserva Tartaglia.

È qui che fisica e biologia si incontrano: la biologia identifica il bersaglio e la fisica permette di progettare l’interazione. «AlphaFold è straordinario nel predire la struttura delle proteine e le loro interazioni, ma non è progettato per studiare le interazioni tra proteine e acidi nucleici».

Un possibile effetto sul sistema immunitario

L’accumulo di DNA danneggiato porta alla formazione di micronuclei che attivano vie come cGAS-STING, stimolando una risposta infiammatoria. «Questo rende i tumori più “visibili” ai linfociti T, aumentando potenzialmente l’efficacia di immunoterapie» osserva Tartaglia, anche se si tratta ancora di un’ipotesi da verificare.

«Il concetto più importante della letalità sintetica è la specificità. Il problema che si sente spesso dire da parte di chi fa chemioterapia è l’uccisione indiscriminata di cellule sane e tumorali. Il nostro lavoro, invece, si fonda sull’idea di avere un farmaco che permetta a quelle sane di rimanere in vita».

Oltre una singola terapia, una piattaforma

Accanto ad approcci che mirano a eliminare le cellule tumorali, si stanno sviluppando strategie che puntano a riprogrammarle, per esempio tramite microRNA. Secondo i ricercatori, queste due visioni potrebbero diventare complementari, eliminando da un lato le cellule più compromesse e recuperando, dall’altro, quelle ancora “riparabili”.

«Al momento ci stiamo concentrando sull’ambito oncologico e in particolare sulla letalità sintetica» puntualizza Milordini. «Ma questo sistema può essere adattato ad altri tumori e target legati ad altre malattie».

I prossimi passi dello studio includeranno l’impiego di modelli più avanzati come organoidi o studi preclinici completi. «Abbiamo pubblicato lo studio circa due mesi fa – conclude Tartaglia –. E ha già attirato l’interesse di alcune aziende farmaceutiche per sviluppare questa fase. Ci auguriamo che la nostra molecola in futuro possa diventare un farmaco, contribuendo ad affrontare una malattia che oggi causa ancora molte vittime senza una cura efficace».