L’atlante del morbo di Crohn mappa le variazioni genetiche in oltre 50 tipi di cellule intestinali.

Uno studio cellulare dettagliato sulla malattia di Crohn ha mappato come cambia l’attività genica in oltre 50 tipi di cellule nell’intestino. Lo studio fornisce una risorsa accessibile dei geni che caratterizzano ciascun tipo di cellula e di quelli la cui attività si modifica nel corso della malattia, rivelando nuove firme molecolari e cellulari dell’attività immunitaria nel rivestimento intestinale.

Ricercatori del Wellcome Sanger Institute, del Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust (CUH) e di Open Targets hanno analizzato oltre un milione di cellule intestinali di persone affette dal morbo di Crohn e di soggetti sani di controllo, confrontando i cambiamenti nella mucosa intestinale e identificando le cellule immunitarie che alimentano l’infiammazione.

La ricerca, pubblicata su Nature Genetics , rivela i tipi di cellule e le alterazioni molecolari coinvolte nell’infiammazione del morbo di Crohn. Si tratta di uno dei due studi complementari realizzati su IBDverse, insieme a un altro studio pubblicato su Nature , che utilizzano congiuntamente questa risorsa per indagare diversi aspetti della malattia.

Perché il morbo di Crohn rimane una sfida

Le malattie infiammatorie croniche intestinali (MICI) sono un termine generico utilizzato per descrivere i disturbi che causano un’infiammazione cronica del tratto gastrointestinale. Si stima che oltre mezzo milione di persone nel Regno Unito conviva con le MICI, tra cui il morbo di Crohn e la colite ulcerosa.

Il morbo di Crohn è una patologia cronica che causa infiammazione e ulcere nel tratto digerente, dalla bocca all’ano, interessando spesso l’intestino tenue e il colon. Sebbene l’infiammazione si osservi più comunemente nell’ileo terminale, l’ultima parte dell’intestino tenue, il morbo di Crohn può manifestarsi in diverse parti del corpo e la sua gravità varia sia da paziente a paziente sia nello stesso paziente nel corso del tempo.

Le basi biologiche del morbo di Crohn non sono ancora del tutto chiare, sebbene si ritenga che sia causato da una risposta eccessiva del sistema immunitario ai batteri intestinali benefici in soggetti con una maggiore predisposizione genetica alla malattia.

Sebbene le terapie mirate alle cellule immunitarie abbiano migliorato gli esiti clinici per alcuni pazienti, la mancata risposta al trattamento rimane elevata, con il 15% dei pazienti affetti da malattia di Crohn che necessita di un intervento chirurgico entro cinque anni dalla diagnosi. Pertanto, è urgente comprendere meglio la genetica delle malattie infiammatorie croniche intestinali (MICI) affinché la ricerca possa portare a terapie più efficaci.

Modalità di conduzione dello studio

In un nuovo studio, i ricercatori del Sanger Institute, del CUH e i loro collaboratori hanno prelevato e analizzato biopsie da 111 pazienti affetti da morbo di Crohn con una storia di ileite terminale (infiammazione dell’ileo) attuale o pregressa, e da 232 volontari sani.

Il team ha eseguito il sequenziamento dell’RNA a singola cellula , un potente strumento che misura l’attività genica, nota come espressione genica, nelle singole cellule. Utilizzando i dati, hanno identificato i geni che vengono espressi in modo anomalo nella malattia di Crohn e quelli la cui espressione è specifica per determinati tipi di cellule e processi cellulari.

Principali scoperte nelle cellule intestinali

Uno dei risultati più sorprendenti dello studio è stata la scoperta di una ” cicatrice molecolare ” nel rivestimento intestinale. Anche dopo la guarigione dell’infiammazione visibile, i geni che contribuiscono a inviare messaggi al sistema immunitario rimanevano attivi nelle cellule staminali intestinali, ovvero le cellule che rinnovano costantemente il rivestimento. Ciò suggerisce che un episodio infiammatorio lascia un segno indelebile su queste cellule, che potrebbe influenzare la risposta dell’intestino alle infiammazioni future.

I ricercatori hanno inoltre identificato una popolazione di macrofagi – cellule immunitarie che inglobano e digeriscono i detriti cellulari – con un’elevata espressione del gene ITGA4. Queste cellule si sono rivelate fondamentali per l’infiammazione attraverso la via di segnalazione JAK/STAT, che trasmette segnali dalla superficie cellulare al nucleo per attivare e disattivare i geni. I farmaci che bloccano questa via, noti come inibitori di JAK, sono già utilizzati per il trattamento delle malattie infiammatorie croniche intestinali (MICI), il che indica questi macrofagi come un probabile bersaglio terapeutico.

Creando una mappa completa delle differenze cellulari e molecolari nella malattia di Crohn rispetto ai soggetti sani, i ricercatori hanno dato vita a IBDverse , una risorsa di dati online contenente oltre 1.185.000 cellule isolate da campioni di intestino tenue. L’ampio set di dati di IBDverse sarà una risorsa aperta per la ricerca futura.

La dottoressa Monika Krzak, co-prima autrice dello studio, precedentemente presso il Wellcome Sanger Institute e ora in servizio presso l’Institute of Metabolic Science dell’Università di Cambridge, ha affermato: “Il morbo di Crohn è complesso, variabile e profondamente personale per ogni individuo che ne è affetto, ed è per questo che comprenderlo a livello di singola cellula è così importante.

“Creando questa mappa senza precedenti di oltre un milione di cellule intestinali, stiamo fornendo ai ricercatori di tutto il mondo un nuovo e potente strumento per scoprire come l’infiammazione inizia, persiste e, un giorno, potrebbe essere arrestata. Questo è il tipo di scienza aperta che può accelerare le scoperte e avvicinarci a trattamenti migliori per i pazienti.”

La dottoressa Tobi Alegbe, co-prima autrice presso il Wellcome Sanger Institute e Open Targets, ha affermato: “Per le malattie infiammatorie croniche intestinali come il morbo di Crohn e la colite ulcerosa, non è ancora chiaro cosa non funzioni nelle cellule intestinali causando l’infiammazione. Siamo stati in grado di confrontare le cellule intestinali di centinaia di persone con e senza malattie infiammatorie croniche intestinali.”

“Questo ci ha fornito nuove informazioni sui geni e sui tipi di cellule coinvolti durante la fase attiva della malattia e pone le basi per approcci simili volti a comprendere le malattie di altri organi importanti, come l’eczema e l’asma.”

Il dottor Tim Raine, autore principale e gastroenterologo consulente presso il Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust, ha affermato: “È urgente approfondire la conoscenza della biologia del morbo di Crohn se vogliamo sviluppare farmaci più efficaci e sicuri per le persone che convivono con questa patologia.

“I pazienti che hanno contribuito a questa ricerca ci hanno aiutato a comprendere meglio i diversi modi in cui la funzione intestinale e quella immunitaria vengono alterate dalla malattia, e da questa comprensione scaturiscono immediatamente nuove prospettive per lo sviluppo di farmaci e terapie mirate.”

Il dottor Carl Anderson, autore senior presso il Wellcome Sanger Institute, ha affermato: “Ciò che rende questo studio diverso è che abbiamo progettato la replicazione fin dall’inizio e abbiamo scoperto che, anche con centinaia di pazienti e protocolli standardizzati, meno della metà delle modifiche all’espressione genica che abbiamo rilevato in una coorte sono state replicate nell’altra. Si tratta di una scoperta che fa riflettere per il settore.”

“Le alterazioni biologiche che si sono replicate in modo coerente indicano che la mucosa intestinale stessa svolge un ruolo chiave nella malattia di Crohn, con una specifica impronta molecolare nelle cellule epiteliali che persiste anche dopo la risoluzione dell’infiammazione. Non sappiamo ancora cosa significhi questa persistenza, ma è probabile che influenzi la risposta dell’intestino a futuri insulti infiammatori.”

Abstract

La malattia di Crohn (MC) è una malattia infiammatoria cronica intestinale che presenta una notevole eterogeneità nella presentazione clinica e nella risposta alla terapia. Per esplorare le sue basi molecolari, abbiamo sviluppato IBDverse, un ampio set di dati di sequenziamento dell’RNA a singola cellula (scRNA-seq) di biopsie dell’ileo terminale, che profila oltre 1,1 milioni di cellule provenienti da 111 pazienti con MC e 232 controlli sani. Questa risorsa integra coorti di scoperta e di replicazione per l’identificazione robusta di tipi cellulari, geni e vie metaboliche associati alla MC. Abbiamo scoperto cambiamenti epiteliali caratterizzati da una sovraregolazione guidata dall’interferone delle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità di classe I che persistevano nelle cellule progenitrici dopo la risoluzione dell’infiammazione macroscopica. ITGA4 ⁺ I macrofagi sono stati identificati come principali fattori infiammatori, mostrando un’intensa segnalazione JAK-STAT e un’espressione di citochine (interleuchina-6 (IL-6), IL-12 e IL-23). ​​L’analisi dell’ereditarietà ha collegato i monociti e i macrofagi infiammatori alla suscettibilità alla malattia di Crohn, implicando le cellule immunitarie residenti e reclutate nella patogenesi. Questi risultati forniscono un quadro cellulare e molecolare completo per la malattia di Crohn, offrendo spunti sui meccanismi della malattia e opportunità terapeutiche.

by