Gli annali della biologia molecolare hanno a lungo documentato un paradosso fondamentale riguardo alla metilazione del DNA: se l’attacco di gruppi metilici ai dinucleotidi citosina-fosfato-guanina rappresenti meramente una conseguenza passiva del silenziamento genico oppure costituisca il meccanismo primario attraverso cui la repressione trascrizionale viene attivamente mantenuta. Questo dibattito vecchio di decenni è stato ora risolto attraverso un elegante lavoro sperimentale pubblicato su Nature Communications da ricercatori dell’Università del New South Wales e dello St Jude Children’s Research Hospital, nel quale la relazione causale tra metilazione citidinica e soppressione genica è stata definitivamente stabilita mediante un editing epigenomico bidirezionale.
Gli investigatori hanno impiegato un sistema CRISPR modificato che rifugge la tradizionale scissione a doppio filamento del DNA caratteristica dell’editing genico classico mediato da Cas9. Il loro approccio sfrutta invece la Cas9 cataliticamente inattiva (dCas9) fusa al dominio catalitico TET1, che rimuove enzimaticamente i gruppi metilici da specifici residui citidinici all’interno delle regioni promotrici. Attraverso la demetilazione sistematica dei promotori dei geni fetali della globina HBG1 e HBG2 in cellule eritroidi di tipo adulto, i ricercatori hanno dimostrato una robusta riattivazione di questi geni silenziati perinatalmente—raggiungendo rapporti di espressione HBG/(HBG+HBB) che si avvicinano all’86 percento. In modo critico, l’esperimento reciproco utilizzando dCas9 fusa alle metiltransferasi DNMT3A/3L ha ripristinato il silenziamento genico, stabilendo così l’importanza della metilazione del promotore per la repressione trascrizionale.
Il meccanismo molecolare alla base di questa regolazione epigenetica coinvolge la proteina 2 del dominio di legame metil-CpG (MBD2), un componente del complesso corepressore di rimodellamento nucleosomico e di deacetilasi (NuRD). Gli investigatori hanno dimostrato, mediante l’immunoprecipitazione della cromatina, che MBD2 riconosce i dinucleotidi CpG metilati e orchestra il posizionamento nucleosomico che poi esclude i fattori di trascrizione attivanti quali GATA1 e NF-Y dal promotore prossimale. Al contrario, la demetilazione permette l’accessibilità cromatinica e il reclutamento di questi attivatori trascrizionali, come evidenziato dall’analisi ATAC-seq che rivela una maggiore accessibilità cromatinica e l’arricchimento di modificazioni istoniche attivanti incluse H3K4me3, H3K9ac e H3K27ac.
Le implicazioni traslazionali di questo lavoro si incentrano sul trattamento delle β-emoglobinopatie, particolarmente l’anemia falciforme, nella quale mutazioni genetiche nel gene della β-globina adulta (HBB) risultano in una polimerizzazione aberrante dell’emoglobina e la falcizzazione eritrocitaria. La riattivazione dell’emoglobina fetale (HbF) attraverso l’espressione di HBG potrebbe compensare l’emoglobina adulta difettiva, poiché l’HbF naturalmente manca della capacità di polimerizzare in condizioni deossigenate. La strategia terapeutica proposta comporterebbe l’editing epigenomico ex vivo di cellule staminali ematopoietiche derivate dal paziente, seguita da trapianto autologo—un processo che aggira i rischi oncogenici associati alle rotture a doppio filamento del DNA inerenti agli approcci CRISPR convenzionali. Evitando la scissione del DNA si potrebbe ridurre sostanzialmente la probabilità di traslocazioni cromosomiche, inserzioni e delezioni, le quali a loro volta potrebbero predisporre a una trasformazione maligna durante terapia genica permanente.
Questa applicazione pionieristica dell’editing epigenomico rappresenta la fase nascente di un paradigma terapeutico più ampio, nel quale la modulazione precisa dell’espressione genica procede attraverso la manipolazione dell’architettura cromatinica piuttosto che l’alterazione permanente della sequenza del DNA. La metodologia potrebbe estendersi oltre le emoglobinopatie, per comprendere diverse condizioni patologiche caratterizzate da un silenziamento o un’attivazione genica aberrante, offrendo potenzialmente interventi reversibili che preservano l’integrità genomica, conseguendo al contempo un beneficio terapeutico sostenuto.
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