Tumori cerebrali: l'importanza del profilo di metilazione

Una tecnica all'avanguardia che consente di produrre una "carta d'identità" dei tumori cerebrali pediatrici
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31 luglio 2019

Ogni anno dall'Unità Operativa di Neuro-oncologia vengono trattati più di 100 bambini colpiti da tumori del sistema nervoso centrale, la forma solida più comune in età pediatrica. Fondamentale l'apporto della ricerca traslazionale e delle collaborazioni. Tra le peculiarità che caratterizzano il reparto, l'analisi del profilo di metilazione. Una tecnica eseguita solo presso il Bambino Gesù che consente una più precisa classificazione dei tumori cerebrali pediatrici. Ne abbiamo parlato con la dottoressa Evelina Miele, della neuro-oncologia.

Dottoressa Miele, In cosa consiste il profilo di metilazione?

L'analisi del profilo di metilazione del DNA tumorale è una tecnica di ricerca con implicazioni diagnostiche che si occupa di studiare una specifica modificazione presente nel DNA delle cellule tumorali. Un organismo umano è costituito da un insieme di 37000 miliardi di cellule, che formano almeno 210 tipi cellulari istologicamente distinti, tutti forniti dello stesso DNA proveniente da una sola cellula progenitrice. Le differenze nell'aspetto e nella funzione tra cellule dotate dello stesso materiale genetico dipendono dalla capacità delle cellule di specializzarsi in determinate funzioni, "spegnendo" alcuni geni e "accendendone" altri. La metilazione del DNA, insieme ad altri meccanismi che insieme vengono chiamati "epigenetica", costituisce il più importante tra i processi in grado di fornire ad ogni singola cellula la propria identità. Nel tumore il profilo di metilazione del DNA assume delle caratteristiche peculiari che risentono: della cellula da cui ha avuto origine il tumore e dei cambiamenti acquisiti dalla neoplasia. L'analisi del profilo di metilazione consente pertanto di definire una sorta di "impronta digitale o carta di identità" del tumore. L'esame fornisce informazioni su: origine del tumore, classificazione istologica ed eventuali alterazioni molecolari presenti.

Come viene effettuato, nel dettaglio, l'esame?

Il DNA viene estratto dal pezzo tumorale asportato mediante intervento neurochirurgico, lo stesso utilizzato per la diagnosi istopatologica. Il DNA viene quindi sottoposto a delle reazioni chimiche che permettono di identificare lo stato di metilazione di oltre 850000 specifiche regioni del DNA chiamate isole di metilazione. Ci si avvale di uno strumento che esegue una scansione del materiale così processato, caricato su un vetrino e colorato in modo da riconoscere le isole metilate da quelle non metilate.  Il profilo globale di ogni campione viene decodificato e confrontato, mediante un sofisticato algoritmo sviluppato dall'Università tedesca di Heidelberg (Brain Tumor Classifier), con quello di oltre 2.800 casi di tumori cerebrali, istologicamente, geneticamente e molecolarmente caratterizzati: la coorte di riferimento. Il risultato principale è un punteggio di classificazione che indica la somiglianza del tumore analizzato con una delle classi note di neoplasia del sistema nervoso centrale. Il punteggio è compreso tra 0 e 1, per assegnare il campione alla classe di metilazione il punteggio deve essere al di sopra di 0,9. Questa tecnica è già disponibile in altri Paesi europei ed è accettata dalla comunità scientifica come importante strumento di ricerca in ambito oncologico (Capper D, Jones DW, Still M et al. Nature 2018). L'Ospedale Bambino Gesù al momento è l'unico in Italia a possedere non solo le attrezzature necessarie per eseguire l'analisi ma anche l'esperienza indispensabile per l'interpretazione dei dati. L'esame è routinariamente eseguito per tutti i pazienti affetti da tumore cerebrale che afferiscono al Bambino Gesù o per particolari casi riferiti dai curanti di altri centri.

Quali sono i vantaggi di questa innovativa tecnica diagnostica?

I vantaggi consistono in un sostanziale miglioramento della precisione diagnostica, anche in ambito di studi clinici mirati.Nell'era della medicina di precisione, questa analisi contribuisce a migliorare la diagnosi e le conoscenze molecolari. In particolare, si tratta di un approccio globale per la classificazione dei tumori cerebrali in età pediatrica. Da un unico esame sono estraibili informazioni diagnostiche aggiuntive in grado di coadiuvare test diagnostici molecolari correntemente utilizzati per la definizione della prognosi e la predizione di risposta ai trattamenti. In particolare i dati di metilazione permettono di definire la variazione del numero di copie del DNA tumorale, consentendo l'identificazione di aberrazioni cromosomiche/genetiche clinicamente rilevanti. L'analisi offre infine un'opportunità di studio ad ampio spettro della regolazione epigenetica nei tumori cerebrali.

Quali sono i vantaggi sul trattamento dei tumori cerebrali?

La definizione delle caratteristiche molecolari del tumore permette di comprenderne meglio l'aggressività, di fornire informazioni prognostiche più adeguate alle famiglie, di attuare un approccio di terapia individualizzata non solo perché adattata all'aggressività della neoplasia ma anche perché l'individuazione di specifiche alterazioni molecolari consente di sviluppare farmaci che possano essere utilizzati in maniera mirata sul tumore. Per specifiche patologie, la ricaduta clinica è immediata. 

Alcuni medici dell'Unità operativa di Neuro-Oncologia del Bambino Gesù

Può fare qualche esempio?

Prendiamo il Medulloblastoma (MB), il tumore pediatrico maligno più frequente. Recentemente è stato classificato su base molecolare in 4 sottogruppi (WNT, SHH, gruppo 3 e gruppo 4) che differiscono nella terapia e nella prognosi. I tumori appartenenti al sottogruppo WNT e quelli non ad alto rischio appartenenti al gruppo SHH sono generalmente a buona prognosi. Al contrario, i tumori ad alto rischio del gruppo SHH e quelli appartenenti al gruppo 3 sono caratterizzati generalmente da una più bassa sopravvivenza a 5 anni (50%, fonte: Northcott PA Nature 2012). L'identificazione del sottogruppo molecolare pertanto è fondamentale per la definizione della prognosi e la decisione terapeutica.  

I tumori neuroectodermici primitivi del sistema nervoso centrale (SNC-PNETs) sono tumori embrionali aggressivi che colpiscono soprattutto i bambini piccoli, ma possono verificarsi anche in adolescenti e adulti. In un recente studio (Sturm D 2016), è stato evidenziato che una percentuale significativa di tumori istologicamente diagnosticati come SNC-PNETs mostrano profili molecolari indistinguibili da quelli di vari altri entità tumorali ben definite del SNC, facilitandone la diagnosi e una terapia appropriata. La restante parte dei SNC-PNETs, è stata riclassificata in quattro nuove entità tumorali, ciascuna associata con una alterazione genetica ricorrente e distinte caratteristiche istopatologiche e cliniche. Tale classificazione permetterà la conduzione di trials clinici mirati e lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.  

Gli Ependimomi sono tumori cerebrali comuni in età infantile che si verificano in tutto il sistema nervoso. Le terapie standard attuali comprendono la chirurgia e la radioterapia, ma non la chemioterapia citotossica che non aumenta la sopravvivenza. Studi recenti genomici hanno evidenziato un tasso estremamente basso di mutazioni a fronte di un fenotipo di metilazione specifico che converge esclusivamente sui bersagli del complesso repressivo 2 dei Polycomb che reprime l'espressione di geni di differenziamento cellulare attraverso la trimetilazione della lisina 27 dell'istone 3 (H3K27) (Mack SC Nature 2014). Questi geni sono sensibili ai farmaci che hanno come target sia la metilazione del DNA che quella del H3K27 in esperimenti preclinici in vitro ed in vivo, suggerendo che i modificatori epigenetici possano essere fra i primi candidati terapeutici per questi tumori aggressivi.  

I gliomi diffusi intrinseci del ponte (DIPG) e i gliomi cerebrali di alto grado (HGG) sono fra i tumori più letali del SNC in età pediatrica. Mediante l'analisi dei profili di metilazione del DNA tumorale è stato messo in evidenza come un sottogruppo di tumori istologicamente diagnosticato come glioblastoma multiforme (GBM) mostrasse invece profili di metilazione simili a quelli di gliomi a basso grado o xantoastrocitomi pleomorfi (PXA) e con una prognosi nettamente migliore. Nei restanti tumori con le firme molecolari di GBM pediatrico sono stati identificati quattro sottogruppi: mutanti H3.3 G34, H3.3/H3.1 K27, IDH1/2, e wild-type (WT). Questi sottogruppi sono stati associati a specifiche aberrazioni citogenetiche, pattern di metilazione MGMT e differente prognosi. Alla luce di questi dati, il profilo di metilazione permette di mettere in atto un algoritmo di rischio molecolare che orienti la scelta terapeutica e una migliore pianificazione della stratificazione nella sperimentazione clinica per questa malattia a prognosi infausta.  

Quali sono le prospettive future?

Il profilo di metilazione del DNA dei tumori cerebrali pediatrici rappresenta il prototipo per l'applicazione della metodica anche in altri campi dell'oncologia pediatrica, con la potenzialità di trasformare in modo significativo la moderna patologia tumorale. Sono già disponibili studi nell'ambito dei tumori sarcomatosi ed è in via di sviluppo un classificatore dei sarcomi basato sui profili di metilazione del DNA. 

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