Il premio Nobel per la Medicina 2023: la svolta delle terapie a RNA

AUTORI

ABSTRACT

Negli ultimi anni, con l’avvento dei social media e la conseguente abbondanza di notizie inventate o manipolate, propagate attraverso internet, l’assegnazione del premio Nobel per la Medicina a Katalin Karikó e Drew Weissman ha un significato profondo: i due scienziati premiati sono stati i primi a definire alcuni meccanismi che sono alla base dello sviluppo dei vaccini a RNA (1-3), argomento fortemente controverso.
I vaccini sono tra i più grandi successi della ricerca biomedica, paragonabili forse solo alla scoperta della penicillina. Infatti, mentre lo sviluppo di antibiotici ha portato a curare molte patologie batteriche riducendone di fatto la mortalità, i farmaci antivirali sono stati sviluppati molto dopo; malattie virali, quali il vaiolo e la poliomielite, possono solo essere prevenute mediante somministrazione di vaccini.
Come ogni classe di farmaci, anche i vaccini presentano dei possibili effetti collaterali: vaccini a virus attenuati, quali il primo vaccino anti-polio sviluppato da Salk JE. (4) ma anche i più comuni vaccini antiinfluenzali (5), possono causare un’infezione grave in pazienti parzialmente immunocompromessi. Negli ultimi trent’anni, le tecnologie del DNA ricombinante hanno permesso lo sviluppo di vaccini basati su singole proteine o peptidi antigenici, prevenendo infezioni con una sensibile riduzione in maniera significativa gli effetti collaterali.
Il passaggio successivo è stato quello di utilizzare DNA o RNA, lasciando la sintesi delle proteine o dei peptidi antigenici alle cellule del paziente. Il lavoro di Karikó e Weissman è stato cruciale per comprendere alcuni meccanismi alla base dello sviluppo dei vaccini a RNA. Le evidenze maggiori riguardano l’effetto dell’introduzione di nucleosidi modificati nelle catene di RNA sintetico: la prima, e forse la più importante, è la scoperta che la presenza di m5C, m6A, m5U, s2U o pseudouridina (ψ) nel trascritto riduce in maniera sensibile l’attivazione dei toll-like receptors (TLRs); in particolare, la riduzione dell’attivazione del TLR-3 è dovuta alla presenza di m6A ed s2U e mentre la riduzione del TLR-7 e del TLR-8 è dovuta agli altri nucleosidi modificati, di fatto riducendo la risposta del sistema innato e prolungando la traduzione del trascritto e, conseguentemente, la sintesi della proteina di interesse (1,6). Il potenziale di attivazione dei TLRs esercitato dagli RNA ha una correlazione inversa con la quantità di nucleosidi modificati. Come riportato da Karikò et al. (1), gli stessi RNA presenti in natura, come quello mitocondriale e batterico, contenendo poche modificazioni, risultano dei potenti attivatori di cellule dendritiche, rispetto ai tRNA provenienti da diversi fonti (mammiferi, batteri, lieviti) che invece non hanno alcuna attività immunomodulatoria. L’utilizzo di nucleosidi modificati come m5C, m5U, m6A, s2U e ψ riduce drasticamente la capacità delle cellule dendritiche di produrre citochine come TNF-α ed IL-12 nonché l’espressione di marcatori di superfice come CD80, CD83, CD86 e molecole di MHC di classe II. Tale capacità soppressiva si realizza utilizzando un numero minimo di modifiche presenti all’interno del trascritto. In aggiunta, l’incorporazione di pseudouridina (Figura 1) diminuisce l’attivazione della RNA-dependent protein kinase (PKR), riducendo la degradazione dell’RNA (3) e migliorandone l’efficienza come vaccino (2). Poiché la sostituzione delle uridine con le pseudouridine annulla anche l’attivazione immunitaria innata da parte dell’RNA, gli mRNA Ψ-modificati sono vettori attraenti per il rilascio o la sostituzione di geni, il rilascio di antigeni vaccinali o altre applicazioni terapeutiche basate su RNA (9).
Le osservazioni sopramenzionate sono alla base dello sviluppo dei vaccini a RNA: la stessa Karikó è stata coinvolta nello sviluppo del vaccino contro il virus SARS-CoV-2, risultato di una rilevanza eccezionale per lotta al COVID-19. Nella progettazione del vaccino, a livello della sequenza del 5’-UTR l’uridina è stata infatti sostituita con una molecola di 1-metil-3′-pseudouridina così da eludere il sistema immunitario ed impedire che l’RNA venisse degradato una volta entrato nelle cellule.
Un dato interessante che emerge dalle motivazioni per il conferimento del premio Nobel (https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2023/press-release/) riguarda gli articoli scientifici citati: sono pubblicati su riviste internazionali di assoluto prestigio, ma non sono su giornali scientifici al vertice, su cui generalmente sono pubblicate le ricerche di maggiore rilevanza.
Il messaggio è abbastanza evidente: un articolo può essere della massima importanza anche se pubblicato su una rivista scientifica con un impact factor non altissimo. In una realtà accademica, come quella italiana in cui si dà una estrema importanza agli indici bibliometrici, questo messaggio deve far riflettere e forse far rivedere i nostri sistemi di valutazione.
Altro elemento peculiare della carriera scientifica della neo-NOBEL Katalin Karikó riguarda la sua estromissione dalla University of Pennsylvania nel 2013; alla Karikó fu ridotto il ruolo accademico perché non veniva considerata “materiale accademico” anche per la scarsa capacità di ottenere finanziamenti per la ricerca. Nel 2013, la Karikó entro nella BioNTech, azienda dove ha successivamente guidato lo sviluppo del vaccino anti-SARS-CoV-2. Questo episodio deve far riflettere sulla scarsa capacità a cogliere ricerche di enorme valore traslazionale da parte di alcune realtà accademiche. Soprattutto negli USA, la capacità di ottenere finanziamenti per la ricerca è spesso utilizzata come unico parametro per la valutazione di uno scienziato con i limiti evidenti evidenziati dal premio NOBEL conferito quest’anno. La capacità dell’accademia nel partecipare allo sviluppo delle ricerche traslazionali, con un occhio verso il mondo produttivo e, in generale, verso la società, è un obiettivo di primaria importanza per mantenere la centralità delle Università nello sviluppo di sapere scientifico.
Un altro dato interessante riguarda la storia personale della Karikó, con la sua fuga dall’Ungheria comunista e le difficoltà di un immigrante negli USA. Storie di immigranti di successo negli USA ce ne sono tante e ha poco senso la retorica del “sogno americano”: tuttavia, nel momento storico che stiamo vivendo, è importante sottolineare come l’accoglienza nei confronti di persone in difficoltà possa rappresentare molto spesso una fonte di ricchezza.
Riteniamo doveroso che la rivista Societaria riporti la segnalazione dell’assegnazione del premio Nobel 2023 per la Medicina a questi ricercatori e con queste motivazioni. E’ in effetti una ulteriore testimonianza della rilevanza delle tecniche di Biologia Molecolare e dell’ingegneria genetica per la salute umana. Va ricordato che solo tre anni fa (2020) il premio Nobel per la Chimica è stato conferito per la tecnica denominata CRISPR-Cas (10). Il nome completo della nostra società è, del resto, Società Italiana di Biochimica Clinica e Biologia Molecolare Clinica – Medicina di Laboratorio: queste assegnazioni ci rendono orgogliosi di partecipare alla stessa comunità scientifica dei vincitori di premi Nobel.

BIBLIOGRAFIA

1. Karikó K, Buckstein M, Ni H, Weissman D. Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The Impact of Nucleoside Modification and the Evolutionary Origin of RNA. Immunity 2005;23:165-75.
2. Karikó K, Muramatsu H, Welsh FA, Ludwig J, Kato H, Akira S, et al. Incorporation of Pseudouridine Into mRNA Yields Superior Nonimmunogenic Vector With Increased Translational Capacity and Biological Stability. Mol Ther 2008;16:1833-40.
3. Anderson BR, Muramatsu H, Nallagatla SR, Bevilacqua PC, Sansing LH, Weissman D, et al. Incorporation of pseudouridine into mRNA enhances translation by diminishing PKR activation. Nucleic Acids Res 2010;38:5884-92.
4. Salk JE. Poliomyelitis Vaccination in the Fall of 1956. Am J Public Heal Nations Heal1957;47:1-18.
5. Ghendon Y. Influenza vaccines: A main problem in control of pandemics. Eur J Epidemiology 1994;10:485-6.
6. Karikó K, Ni H, Capodici J, Lamphier M, Weissman D. mRNA Is an Endogenous Ligand for Toll-like Receptor 3*. J Biol Chem 2004;279:12542-50.
7. COHN WE. Pseudouridine, a carbon-carbon linked ribonucleoside in ribonucleic acids: isolation, structure, and chemical characteristics. J Biol Chem 1960;235:1488-98.
8. Pane F, Savoia M, Fortunato G, Camera A, Rotoli B, Salvatore F, et al. Serum pseudouridine in the diagnosis of acute leukaemias and as a novel prognostic indicator in acute lymphoblastic leukaemia. Clin Biochem 1993;26:513-20.
9. Vaidyanathan S, Azizian KT, Haque AKMA, Henderson JM, Hendel A, Shore S, et al. Uridine depletion and chemical modification increase Cas9 mRNA activity and reduce immunogenicity without HPLC purification. Mol Ther Nucleic Acids 2018;12:530-42.
10. Salvatore F, Nunziato M. Il premio Nobel 2020 per la Chimica: dal “gene editing” al “gene drive” Biochim Clin 2020;44:327-9.