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Alterando il nostro proteoma: le opzioni

Foundamentalmente vi sono quattro modi distinti per introdurre una proteina (o RNA -- per brevità in futuro ne menzionerò come proteine) nelle cellule di una persona e/o ambiente extracellulare. Delle quattro, la più semplice è il trapianto: introduce organi cellulari da qualcuno che già esprime la proteina. Ciò è chiaramente limitato alle proteine che alcuni esseri umani esprimono (limitazione rilevante, come è stato discusso qui, per esempio) e comportano generalmente anche l'effetto secondario di una risposta immunitaria, che deve essere soppressa tramite un medicinale da amministrare per tutta la vita per indebolire la resistenza alle infezioni e possibilmente al cancro dell' individuo ricevente.

La seconda opzione è la modificazione genetica ex vivo di cellule seguita dalla loro immissione nel ricevente. Ciò presenta molti vantaggi su quella del trapianto -- per esempio, i geni che esprimono proteine non-umane, possono essere aggiunti e le cellule autologhe (quelle prese dal paziente) possono in teoria essere usate e quindi evitata la risposta immunitaria. Tuttavia, quest' approccio (genericamente chiamato "terapia cellulare" inclusa la terapia delle cellule staminali) presenta ancora limitazioni: quelle cellule designate a sostituire le cellule costruite, devono essere eliminate. Talvolta, esse sono già scomparse ed ciò è precisamente il problema da  rettificare, ma talvolta invece esse sono presenti, ma scemano via,   Esse possono teoricamente essere eliminate in congiunzione all'introduzione di nuove cellule, ma presentano difficoltà tecniche molto grandi per poterlo fare in modo tranquillo, per mantenere la funzione del  tessuto durante l'intera procedura. 

Quindi, molti interventi di SENS richiederanno l'uso di altri due approcci -- terapia somatica della proteina e terapia somatica del gene.

Mettendo DNA costruito in punti specifici del genoma 

Alcune delle strategie per riparare i sette  puntii di SENS,  richiederanno quasi di certo, in alcuni tessuti, l'alterazione del DNA genomico delle cellule del corpo -- terapia genica somatica. Ciò è molto più difficile che prendere cellule dalla persona, alterarne il loro DNA nel laboratorio e reinserle, poichè alterando il DNA delle cellule si fà un grosso errore-prone. Se fai l'alterazione nel laboratorio, puoi controllare che la corretta alterazione è avvenuta (e che nient'altro è successo) e puoi rimettere indietro solo le cellule che hanno superato quell'esame.  L'errore-prone naturale a tutti gli approcci esistenti alla terapia genica somatica, è la ragione principale per cui essa è ancora nella sua infanzia: ed è ancora pericolosa. Quindi, una delle cose che SENS ha bisogno più di tutto è il miglioramento nelle nostre tecniche per far fare quello che vogliamo ai nostri genomi in situ e non fare altre cose accidentalmente allo stesso tempo. Per fortuna, vari metodi sono corrrentemente sotto intensa investigazione.

Nella maggior parte dei casi, tutto quello che abbiamo bisogno di fare èd' inserire un nuovo gene o geni nei nostri cromosomi senza che importi troppo dove andranno -- a meno chè essi distruggano i geni che abbiamo. Sfortunatamente, "a meno che" ciò non possa essere trascurato, perchè se cerchiamo di mettere il DNA dentro tutte (o quasi tutte) le nostre cellule, allora esso potrebbe colpire geni in certa proporzione e in alcuni di essis più o meno certo che colpirà geni coinvolti nel controllo del ciclo cellulare -- che vuol dire, ovviamente, che può promuovere il cancro. La prima novità nel risolvere questo tipo problema è stato quando fu trovato il virus adeno-associato (AAV), inserito preferibilmente in un posto particolarmente (sicuro) nel cromosoma umano 19. Ciò è bene, ma non troppo, perchè per permettere al virus di trasportare geni utili che vogliamo mettere dentro le nostre cellule, dobbiamo prendere via la roba che dà a loro il proprio sito-di specificità. Vi sono però vari approcci che sono stati esplorati per virus ibridi e che hanno il meglio dei due mondi -- abbastanza capacitàdi trasporto utile, senza perdere il sito-di specificità.

AAV non sempre s'inserisce in questo punto particolare,  anche quando mantiene il suo sito-specifico di preferenza. Ciò è dovuto in gran parte perchè è lineare, con DNA a filamento-singolo, con abitudine di "invadere" il DNA a doppio-filamento e che qualche volta si ricombina con esso e  a caso. Quindi, molto eccitamento circonda correntemente un nuovo tipo di  virus -- un virus batterico, comunemente chiamato phage -- di forma circolare a doppio-filamento per cui ha meno tendenza ad intercalarsi negli altri DNA a caso. Esso penetra nel DNA, soltanto quando esprime un enzima particolare chiamato integrase. Meglio ancora, esso va solo in pochi posti specifici del genoma -- e questi non sono ovviamente sicuri come il sito dell'AAV, perchè essi tendono ad essere fra spazi nel mezzo dei geni chiamati introns. Tuttavia, qualche successo è stato raggiunto nell' "evolvere" questi enzimi nel laboratorio in modo che loro preferiscono siti diversi, cosìc'è una grande speranza che questi phages saranno presto vettori sicuri per una terapia genica.

Quasi tutto quello che ci piacerebbe fare con la terapia genetica, sia per l'invecchiamento che per qualunque altra condizione, potrebbe essere fatta abbastanza bene introducendo nuovi geni in posto sicuro, nelle cellule. Qualche volta vogliamo fermare un gene dall'esprimere il suo prodotto, perchè il prodotto è tossico (come quello che causa la malattia di Huntington), ma anche in tal caso, possiamo probabilmente ottenere l'effetto desiderato introducendo un gene, perchè possiamo usare il fenomeno stupefacente dell'interferenza RNA per causare la distruzione del trascritto genetico prima di essere tradotto. Ma c'è un caso dove probabilmente avremo bisogno della terapia genica somatica che colpisce un punto specifico del genoma e ciò è la mia forma preferita di terapia anti-cancro,  WILT. Non sarà così buono usare l'RNA contro la telomerase  -- quello è proprio facile "sfuggire" quanto gli inibitori farmacologici della telomerasi. Quello che abbiamo bisogno di fare per WILT è semplicemente cancellare (o almeno seriamente distruggere) i geni telomerasi. Al momento, ci sono molti approcci orientati a distruggere il gene (o colpire, come usualmente si dice) che può essere adattato ad attaccare dovunque nel genoma, ma  sono tutti abbastanza errore-proni, in quanto distruggono molto anche in altri punti. Al momento, la scommessa migliore è probabilmente il metodo phage integrase, che può essere usato per ottenere una presa migliore di come lavora il sito-di specificità e quindi capace di disegnare cambiamenti invece di usare la tecnica più debole di evoluzione in-vitro -- ciò abbisognerà però di molto lavoro arduo.

Mettendo proteine nelle cellule per evitare la terapia genica

Molte componenti di SENS presuppongono alterazioni del genoma in molte cellule di vario tipo. Per cellule che sono constantemente rinnovate da cellule staminali, è relativamente semplice, perchè si può estrarre cellule dall'individuo, farne ciò vogliamo ad esse in laboratorio,.controllare che quello che abbiamo fatto è esattamente quello che volevamo fare e riporle all'interno della cellula. Questo non è facile, fatemelo stressare -- e particolarmente difficile è fare tutto ciò senza che le cellule perdano la loro "stemness" -- ma ciò sarà probabilmente molto più facile della terapia alternativa somatica del gene. Ma i tessuti che non hanno un rinnovamento continuo, non possono essere alterati in questo modo, così, in un primo momento sembra che la terapia genica somatica sia l'unica opzione.

C'è in effetti un'altra possibilità, però. La ragione base per cui vogliamo cambiare il genoma delle cellule è dovuto al fatto che queste cellule faranno proteine diverse da quelle che erano abituate a fare. Per la maggioranza degli scopi di SENS (e anche per quelli della bio-medicina in generale), vogliamo che la cellula abbia proteine che non avevano prima, invece di togliere quelle che erano abituate ad avere. In principio, quindi, questo puòessere fatto introducendo le proteine da se stesse, invece che codificate dai geni.

L'ovvio problema di tale approccio è la proporzione. La maggioranza delle proteine sono piuttosto di breve durata, cosi che la cellula deve farne ancora e ancora per averne attorno in quantità sufficiente. Quindi, sarebbe poco pratico introdurre  le proteine a sufficienza. Quando Roscoe Brady per primo cercò di esplorare questo approccio, fu abbandonato per questa ragione. 

Risulta, tuttavia, che ci sono abbondanti casi dove questo non è uno "showstopper". La classe di proteine che Brady era (ed ancora è) interessato, sono enzimi che rompono le cose nei lisosomi; questi enzimi sono assenti nei sofferenti di malattia congenita per l'immagazzinamento dei lisosomi. Brady finalmente ebbe successo nello sviluppare metodi per fare sufficienti enzimi, metterli nelle cellule giuste e poi darli alla gente affetta, per avere una vita normale e che altrimenti sarebbe morta durante la loro infanzia. Uno dei più importanti soggetti di SENS, miglioramento lisosoma, potrà essere capace di lavorare in questo modo su molti tessuti..

Un altro modo per uscire dal problema sulla proporzione della proteina è quello di introdurre i geni per le proteine che si desiderano su un tessuto e procurare l'esportazione dalle cellule che le fanno e farle importare da quelle che ne hanno bisogno. Questo fa senso perchè i geni possono essere introdotti senza rischi nelle staminali in vitro, molto più facilmente che somaticamente, come notato sopra. E` alquanto semplice modificare i geni, cosìla loro proteina codificata verrà secreta e vi sono anche tecniche per colpire le proteine in circolazione di organi particolari. Uno molto importante èspecialmente il cervello, che è protetto dalla circolazione da un sistema speciale che cuce le cellule dei vasi sanguigni foderati insieme molto più strettamente che in altre parti del corpo -- ciò si chiama barriera sangue-cervello. Alcune proteine hanno bisogno di essere trasportate nel cervello dal sangue e al momento abbiamo una comprensione moderata di come avviene e come potremmo sfruttare quel sistema per trasportare le proteine scelte .

Finalmente dovrei dire una parola sulla terapia genica germline. Questo significa cambiare il genoma o in un gamete (sperma o uovo) o in uno zigote (cellula singola formata o da fertilizzazione o da cellula nucleare somatica trasferita, a.k.a. clonizzazione) così che la gente può nascere con una designata alterazione genetica. Alcuni pensano che ciò sarà sempre troppo pericoloso per diventare utile, ma altri hanno sostenuto in modo convincente che questi pericoli possono essere superati. Tuttavia, l'attrazione di questo approccio è limitato dalla scala cronologica interessata (il fatto è che l'invecchiamento incomincia ad andar male, dopo aver raggiunto circa i 50 anni). Il punto qui è che quello che nonostante la terapia somatica genica (mettere nuovi geni dentro le cellule di un adulto) è tecnicamente molto più difficile della germline terapia genica, 50 anni è un tempo talmente lungo per la scienza, che siamo virtualmente sicuri di essere capaci di fare molto di più per qualcuno sui N+50 con la terapia somatica genica di quella che potremmo fare nell' anno N con la germline terapia. Quindi penso che la  terapia genica germline è alquanto probabile che diventerà una procedura  bio-medica importante nel futuro, ma non per combattere l'invecchiamento.

Conferenze su questo soggetto IABG 10:
Capecchi      Kmiec

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