Clonazione - Biologia Molecolare 20/11/2023 PDF

10.2 Biologia molecolare 20/11/2023 CLONAZIONE – CONTINUAZIONE COS’È SUCCESSO ALLA PECORA DOLLY? La pecora Dolly, nonostante fosse un organismo ottenuto mediante clonazione, ha vissuto normalmente, riuscendo anche ad accoppiarsi. Ciò dimostra che gli animali clonati sono completamente fertili e han...

10.2 Biologia molecolare 20/11/2023 CLONAZIONE – CONTINUAZIONE COS’È SUCCESSO ALLA PECORA DOLLY? La pecora Dolly, nonostante fosse un organismo ottenuto mediante clonazione, ha vissuto normalmente, riuscendo anche ad accoppiarsi. Ciò dimostra che gli animali clonati sono completamente fertili e hanno la capacità di dare origine ad una progenie. Nonostante ciò, sono da evidenziare alcune caratteristiche genetiche problematiche di questo primo organismo clonato che determinarono lo sviluppo di un’artrite invalidante e di una neoplasia a livello polmonare. In primo luogo, i cromosomi della pecora Dolly erano leggermente più corti rispetto a quelli delle altre pecore. La ragione di ciò è da ricercare nel fatto che il nucleo che è stato inserito all’interno dell’oocita enucleato per la clonazione di Dolly proveniva da una pecora di sei anni di età, vale a dire la metà della vita media di un ovino. I cromosomi utilizzati, quindi, presentavano un accorciamento delle sequenze telomeriche. Il tasso di successo del processo di clonazione è molto basso (oggi è 4%, al tempo della clonazione della pecora Dolly solo 0,4%) proprio perché, la tecnica di clonazione mediante nuclear transfer, implica l’inserimento di un nucleo somatico, caratterizzato da un profilo di metilazione tipico di una cellula somatica e al cui interno lavora solo la metilasi di mantenimento, all’interno di un oocita privato del proprio patrimonio genetico (enucleato). Viene quindi a mancare tutto il processo di riprogrammazione epigenetica trattato precedentemente. La mancata riprogrammazione epigenetica e la aberrante metilazione a livello degli organismi clonati comportano le difficoltà nel far partire lo sviluppo degli embrioni e, successivamente, causa lo sviluppo di patologie tipiche degli organismi ottenuti mediante clonazione. Dall’immagine qui in parte i pallini bianchi corrispondono a punti in cui il genoma è metilato; quindi, si nota come la distribuzione di questi punti sia diversa fra embrioni normali (prime due colonne) e clonati (ultime due colonne). Gli embrioni clonati risultano essere un fallimento scientifico, perché difettano di quella che è la riprogrammazione epigenetica. APPLICAZIONE TERAPEUTICA DELLA CLONAZIONE Nonostante le difficoltà e le problematiche che la clonazione porta con sé (prima fra tutte la mancata riprogrammazione epigenetica), questa tecnica ha dato la possibilità ai ricercatori di creare in vitro delle genocopie dei tessuti affetti da patologie, aprendo la strada alla ricerca di nuove terapie. Nel 2012, John Gurdon e Shinya Yamanaka hanno ricevuto il premio Nobel per la Medicina per la loro abilità nell’ottimizzare la clonazione in vista di una sua applicazione terapeutica. In particolare, Gurdon è partito da un modello più semplice, affinando la tecnica di clonazione sui girini per poi approcciarsi al mondo dei mammiferi. Yamanaka invece, ha avuto un approccio più molecolare, gettando le basi su quella che è definita la riprogrammazione in vitro e ha introdotto le tecniche per ottenere le cellule pluripotenti indotte (iPS). Sbobinatore: Mattia Grigoletto Revisore: Ginevra Lodolo 10.2 Biologia molecolare 20/11/2023 LE CELLULE STAMINALI Per capire che cosa sia una cellula staminale pluripotente è necessario ripercorrere le fasi dello sviluppo embrionale. 1. Fase iniziale successiva alla fecondazione in cui lo zigote è caratterizzato da due cellule, definite totipotenti. La possibilità da parte di una cellula di dare origine ad un embrione indipendente è tipica della totipotenza. Quindi, separando fisicamente le due cellule totipotenti, si ha la possibilità di creare due nuovi organismi geneticamente identici. I gemelli omozigoti derivano dalla divisione delle cellule totipotenti dando origine a due embrioni distinti. 2. Nelle fasi di sviluppo immediatamente successive, lo zigote si divide arrivando a livello di blastocisti, caratterizzata dalla presenza di cellule staminali definite pluripotenti. Le cellule in questo stadio possono dare origine a tutte le cellule differenziate che fanno parte dei tre foglietti embrionali. 3. Una volta che si passa dalla blastocisti ad una gastrula impiantata in utero, si perde la pluripotenza e si hanno invece solo cellule staminali dette multipotenti o unipotenti. All’interno di ciascuno dei foglietti embrionali le cellule staminali possono dare origine e differenziarsi solo nei tipi cellulari che fanno parte dei tre foglietti. Quindi, dall’ectoderma derivano soltanto i tessuti di rivestimento e le cellule nervose, dal mesoderma hanno origine vari organi interni come il muscolo cardiaco e le cellule del sangue e dall’endoderma hanno origine tiroide, polmoni e pancreas. Alcune di queste cellule rimango anche nell’adulto, dove la componente staminale è ristretta solo a specifici distretti come a livello midollare, dove sono presenti cellule multipotenti in grado, ad esempio, di dare origine a tutte le cellule della linea ematica. Sbobinatore: Mattia Grigoletto Revisore: Ginevra Lodolo 10.2 Biologia molecolare 20/11/2023 iPS Yamanaka ha cercato quindi di rendere possibile la regressione di cellule completamente differenziate allo stadio di pluripotenza. Gli obiettivi di ciò sono vari, tra cui riuscire a crescere in vitro cellule staminali pluripotenti (con la possibilità anche di conservarle), oltre che riuscire a compiere il differenziamento in vitro di queste cellule nei diversi tipi cellulari. Questa tecnica permette infatti di identificare la causa genetica molecolare di patologie definite utilizzando un sistema di lavoro in vitro alla portata dei ricercatori. Ciò al fine di avere la possibilità di usare queste cellule come piattaforma di screening di farmaci specifici e ottimizzati al trattamento della patologia di un determinato paziente, oltre che per avere una banca di cellule che possono andare incontro a correzione genica in vitro per poi essere reinfuse nel paziente a fini rigenerativi. Per questo motivo, la scoperta di Yamanaka ha completamente cambiato il trattamento terapeutico delle patologie nell’ultimo decennio. Si parla quindi di “terapia cucita sul paziente”: si ha la possibilità di creare in laboratorio un modello esattamente identico al paziente, oltre che poter elaborarne le cellule per studiarle e correggerle per vedere, tra l’altro, la loro risposta al trattamento farmacologico. È essenziale che il ricercatore crei questo modello della patologia al fine di comprenderne tutti i tratti patologici e fisiopatologici. Le cellule del paziente non vengono più prelevate mediante biopsia dermica, ma attraverso un prelievo di sangue. Successivamente esse vengono trasformate in iPS e riprogrammate nel tipo cellulare d’interesse. Sbobinatore: Mattia Grigoletto Revisore: Ginevra Lodolo