Ricercatori sviluppano una terapia genica per una rara ciliopatia

L’aumento dei geni risolve i difetti delle cilia nelle cellule fotosensibili derivate da pazienti con la malattia della cecità.

Ricercatori del National Eye Institute (NEI) hanno sviluppato una terapia genica in grado di salvare i difetti delle cilia nelle cellule retiniche affette da un tipo di amaurosi congenita di Leber (LCA), una malattia che causa cecità nella prima infanzia. Utilizzando organoidi di retina derivati da pazienti (noti anche come retine in un piatto), i ricercatori hanno scoperto che un tipo di LCA causato da mutazioni nel gene NPHP5 (chiamato anche IQCB1) porta a gravi difetti nel cilium primario, una struttura presente in quasi tutte le cellule del corpo. Le scoperte non solo hanno fatto luce sulla funzione della proteina NPHP5 nel cilium primario, ma hanno anche portato a un potenziale trattamento per questa condizione di cecità. Il NEI fa parte dei National Institutes of Health.

“È così triste vedere bambini che diventano ciechi a causa di una LCA ad esordio precoce. La carenza di NPHP5 causa cecità precoce nelle forme più lievi e, nelle forme più gravi, molti pazienti presentano anche malattie renali e degenerazione retinica”, ha dichiarato il ricercatore principale dello studio, Anand Swaroop, Ph.D., ricercatore senior presso il NEI Neurobiology Neurodegeneration and Repair Laboratory. “Abbiamo progettato un approccio di terapia genica che potrebbe aiutare a prevenire la cecità nei bambini affetti da questa malattia e che, con ulteriori ricerche, potrebbe anche aiutare a trattare altri effetti della malattia”.

La LCA è una rara malattia genetica che porta alla degenerazione della retina sensibile alla luce nella parte posteriore dell’occhio. Difetti in almeno 25 geni diversi possono causare la LCA. Mentre per una forma di LCA è disponibile una terapia genica, per tutte le altre forme della malattia non esiste alcun trattamento. Il tipo di LCA causato da mutazioni in NPHP5 è relativamente raro. In tutti i casi provoca cecità e in molti casi può anche portare a un’insufficienza renale, una condizione chiamata sindrome di Senior-Løken.

Tre borsisti post-dottorato, Kamil Kruczek, Ph.D., Zepeng Qu, Ph.D., ed Emily Welby, Ph.D., insieme ad altri membri del team di ricerca hanno raccolto campioni di cellule staminali da due pazienti con deficit di NPHP5 presso il Centro clinico NIH. Questi campioni di cellule staminali sono stati utilizzati per generare organoidi retinici, ammassi di tessuto in coltura che possiedono molte delle caratteristiche strutturali e funzionali della retina nativa. Gli organoidi retinici derivati dai pazienti sono particolarmente preziosi perché imitano da vicino il genotipo e la presentazione della malattia retinica nei pazienti reali e forniscono un ambiente tissutale “simile all’uomo” per testare interventi terapeutici, comprese le terapie geniche. Come nei pazienti, questi organoidi retinici hanno mostrato difetti nei fotorecettori, tra cui la perdita della parte del fotorecettore chiamata “segmenti esterni”.

In una retina sana, i segmenti esterni dei fotorecettori contengono molecole fotosensibili chiamate opsine. Quando il segmento esterno è esposto alla luce, il fotorecettore avvia un segnale nervoso che viaggia verso il cervello e media la visione. Il segmento esterno dei fotorecettori è un tipo speciale di cilium primario, una struttura antica presente in quasi tutte le cellule animali.

In un occhio sano, si ritiene che la proteina NPHP5 si trovi in una struttura simile a un cancello alla base del cilium primario che aiuta a filtrare le proteine che entrano nel cilium. Studi precedenti sui topi hanno dimostrato che NPHP5 è coinvolta nel cilium, ma i ricercatori non conoscono ancora il ruolo esatto di NPHP5 nel cilium dei fotorecettori, né è chiaro come le mutazioni influenzino esattamente la funzione della proteina.

Nel presente studio, i ricercatori hanno riscontrato livelli ridotti di proteina NPHP5 nelle cellule organoidi retiniche derivate dai pazienti, nonché livelli ridotti di un’altra proteina chiamata CEP-290, che interagisce con NPHP5 e forma il cancello primario del cilium. (Inoltre, negli organoidi retinici mancavano completamente i segmenti esterni dei fotorecettori e la proteina opsina, che avrebbe dovuto essere localizzata nei segmenti esterni, si trovava invece in altre parti del corpo cellulare dei fotorecettori.

Quando i ricercatori hanno introdotto un vettore virale adeno-associato (AAV) contenente una versione funzionale di NPHP5 come veicolo di terapia genica, gli organoidi retinici hanno mostrato un significativo ripristino della proteina opsina concentrata nella posizione corretta nei segmenti esterni. I risultati suggeriscono anche che NPHP5 funzionale potrebbe aver stabilizzato il gate del cilium primario.