Innovative strategies for a personalized therapy of β-thalassemia and sickle cell anemia

Le emoglobinopatie sono difetti genetici ereditari che originano dal malfunzionamento della proteina adibita al trasporto dell’ossigeno, cioè l’emoglobina (Hb). Tra le emoglobinopatie, l’anemia falciforme (SCD) e la β-talassemia, malattie genetiche che coinvolgono il gene βglobinico, hanno il maggior impatto sulla mortalità e sullo stato patologico e affliggono milioni di persone nel mondo (Weatherall, 2010). Nella β-talassemia, il difetto a carico del gene β-globinico causa uno squilibrio tra le catene α- e β-globiniche nei globuli rossi (RBCs). Questa condizione porta al danno delle membrane cellulari dei globuli rossi, morte precoce ed eritropoiesi inefficace. L’anemia falciforme è dovuta ad una mutazione a cui consegue la sostituzione del sesto amminoacido della β-globina adulta. L’emoglobina che porta questa mutazione (HbS) polimerizza all’interno dei globuli rossi deformandoli e rendendoli più rigidi; questi globuli rossi a falce bloccano il flusso sanguigno nella microcircolazione compromettendo il rilascio dell’ossigeno nei tessuti. Le terapie correnti di queste patologie, oltre alle trasfusioni e alla somministrazione di ferro chelanti, prevedono il trattamento con Idrossiurea (HU), l’unico induttore di emoglobina fetale approvato dalla U.S. Food and Drug Administration (FDA). Ciononostante, la terapia con Idrossiurea raggiunge livelli di emoglobina fetale sufficienti solo nella metà dei pazienti (Steinberg et al., 1997) ed spesso vengono riportati effetti collaterali tra i quali la neutropenia e la leucopenia. Perciò, risulta necessario identificare nuovi induttori di emoglobina fetale per sviluppare una terapia personalizzata per i pazienti affetti da β-talassemia ed anemia falciforme. Complicazioni cliniche severe della β-talassemia e dell’anemia falciforme possono presentarsi rispettivamente in seguito all’accumulo di catene libere α-globiniche o alla produzione di catene β-globiniche difettose. Perciò abbiamo sperimentato la riduzione di emoglobine come potenziale pathway da colpire per sviluppare nuove terapie. La parte I di questa tesi è focalizzata sulla caratterizzazione di nuovi induttori di emoglobina fetale: 1) raccogliendo 33 campioni di sangue da diversi pazienti affetti da β-talassemia abbiamo dimostrato la capacità della Rapamicina di aumentare la produzione di emoglobina fetale, anche in cellule resistenti al trattamento con Idrossiurea; 2) durante la somministrazione di un integratore alimentare a base di Resveratrolo a pazienti β-talassemici abbiamo analizzato l’induzione del messaggero γ-globinico e la produzione di emoglobina fetale nei precursori eritroidi isolati dal sangue periferico; 3) abbiamo testato nuovi composti psoralenici valutando il grado di differenziamento eritroide in cellule eritroleucemiche umane K562 e osservato gli effetti sull’espressione dei geni globinici e sulla produzione di emoglobina fetale nei precursori eritroidi. La parte II di questa tesi è volta a dimostrare l’applicazione terapeutica degli acido peptido nucleici (PNA) nelle cellule eritroidi: 1) abbiamo ottenuto un rilascio efficiente e veloce dei PNA nelle cellule eritroleucemiche umane mediante la coniugazione con una formulazione liposomica, senza evidenti effetti sulla proliferazione (Avitabile et al. 2015); 2) un PNA antisenso diretto contro il messaggero β-globinico è risultato capace di inibire la produzione di emoglobina nelle cellule eritroleucemiche murine (Montagner et al., 2015); 3) un PNA diretto contro la β-globina mutata è stato testato nei precursori eritroidi isolati da pazienti affetti da anemia falciforme.