Trascrittomica dell'acalasia: cosa ci racconta l'RNA?

Introduzione

Se la genomica ci dice quali informazioni sono contenute nel DNA, la trascrittomica ci permette di capire quali di queste informazioni vengono realmente utilizzate dalle cellule. Due persone possono possedere varianti genetiche molto simili, ma avere cellule che si comportano in modo completamente diverso. Allo stesso modo, tutte le cellule del nostro organismo contengono praticamente lo stesso DNA, eppure un neurone del plesso mioenterico, una fibrocellula muscolare liscia e un linfocita svolgono funzioni profondamente differenti. La ragione è semplice: non utilizzano gli stessi geni.

La trascrittomica studia proprio questo processo dinamico, cioè l'insieme dei geni che vengono "accesi" o "spenti" in un determinato momento e in uno specifico tipo cellulare.

Dal DNA all'RNA: il linguaggio delle cellule

Il DNA può essere considerato l'archivio permanente delle informazioni genetiche. Tuttavia, il DNA rimane protetto all'interno del nucleo e non partecipa direttamente alle attività della cellula. Per produrre una proteina è necessario copiare l'informazione genetica contenuta in un gene in una molecola più piccola e temporanea: l'RNA (acido ribonucleico). Questo processo prende il nome di trascrizione.

L'RNA rappresenta quindi una copia di lavoro del DNA. Una volta prodotto, l'RNA viene utilizzato dai ribosomi per sintetizzare le proteine necessarie alle funzioni cellulari oppure svolge direttamente funzioni regolatorie. Il flusso dell'informazione biologica viene tradizionalmente riassunto nel cosiddetto dogma centrale della biologia molecolare:

Per molti anni la ricerca si è concentrata quasi esclusivamente sul DNA. Oggi sappiamo che conoscere la sequenza genetica non basta: è necessario capire come quella sequenza venga utilizzata. Ed è proprio questo il campo della trascrittomica.

Perché l'RNA è una molecola così importante?

A differenza del DNA, che rimane sostanzialmente stabile durante tutta la vita dell'individuo, l'RNA è estremamente dinamico. Una cellula può aumentare o ridurre rapidamente la produzione di specifici RNA in risposta a stimoli infiammatori, infezioni, stress cellulare, modificazioni metaboliche e segnali provenienti dalle cellule vicine.

Per questo motivo il trascrittoma rappresenta una sorta di istantanea funzionale della cellula. Mentre il DNA ci dice che cosa la cellula potrebbe fare, l'RNA ci mostra che cosa sta realmente facendo. Dal punto di vista clinico questa differenza è enorme: molte malattie non dipendono infatti da mutazioni del DNA, ma da un'alterata regolazione dell'espressione genica. In altre parole, il problema non è il "testo" del gene, ma il modo in cui viene letto.

L'espressione genica: molto più di un interruttore acceso o spento

Spesso si dice che un gene sia "acceso" o "spento". In realtà l'espressione genica non funziona come un semplice interruttore. È più corretto immaginarla come un regolatore di intensità. Una cellula può produrre pochissimo RNA di un determinato gene oppure sintetizzarne enormi quantità, modulandone continuamente i livelli in base alle necessità biologiche.

L'espressione genica dipende da numerosi meccanismi di regolazione. Tra i principali vi sono: fattori di trascrizione che si legano al DNA; promotori ed enhancer che facilitano o limitano la trascrizione; modificazioni epigenetiche; RNA non codificanti, come i microRNA; segnali provenienti dall'ambiente cellulare.

Questo significa che una variante genetica identificata dalla genomica non produce necessariamente un effetto biologico. Per influenzare la malattia deve essere in grado di modificare, direttamente o indirettamente, l'espressione dei geni o il comportamento delle cellule. È proprio qui che genomica e trascrittomica iniziano a dialogare.

Non esiste un solo RNA

Quando si parla di RNA si pensa quasi sempre all'RNA messaggero (mRNA), cioè alla molecola che trasporta l'informazione genetica dal DNA ai ribosomi. In realtà il trascrittoma è molto più complesso. Solo una piccola parte dell'RNA cellulare serve direttamente alla produzione delle proteine. Una quota importante è costituita da RNA non codificanti, molecole che regolano l'attività di altri geni.

Tra questi, i più studiati sono i microRNA (miRNA): piccole molecole di circa 22 nucleotidi che possono legarsi agli RNA messaggeri impedendone la traduzione oppure favorendone la degradazione. In pratica agiscono come regolatori fini dell'espressione genica. Negli ultimi anni anche nell'acalasia è cresciuto l'interesse verso questi meccanismi, perché una loro alterazione potrebbe contribuire al mantenimento dell'infiammazione o della neurodegenerazione.

Un'altra famiglia emergente è quella dei long non-coding RNA (lncRNA). Queste molecole non codificano proteine ma partecipano al controllo dell'organizzazione della cromatina, della trascrizione e della risposta cellulare agli stimoli. La loro funzione nell'acalasia è ancora poco conosciuta, ma rappresenta uno dei campi di ricerca più promettenti.

Che cos'è il trascrittoma?

L'insieme di tutti gli RNA presenti in una cellula prende il nome di trascrittoma. A differenza del genoma, il trascrittoma non è fisso: può cambiare tra un neurone e una cellula immunitaria, tra il terzo prossimale e il terzo distale dell'esofago, tra una fase iniziale e una fase avanzata della malattia, perfino nell'arco di poche ore.

Questa caratteristica rende la trascrittomica uno strumento estremamente potente. Analizzando il trascrittoma è possibile comprendere quali processi biologici siano realmente attivi nel tessuto esofageo e come questi cambino durante la progressione della malattia.

Dalla lista dei geni alle reti biologiche

Una delle principali innovazioni della trascrittomica moderna è che non si limita più a produrre lunghi elenchi di geni. L'obiettivo è capire quali processi biologici risultino alterati. Per questo vengono utilizzate analisi di arricchimento (enrichment analysis), come Gene Ontology (GO) e KEGG Pathway Analysis. La Gene Ontology classifica i geni in base ai processi biologici, alle funzioni molecolari e alle componenti cellulari. KEGG, invece, ricostruisce le vie di segnalazione nelle quali questi geni interagiscono.

Questo approccio è molto più utile dal punto di vista clinico. I farmaci raramente agiscono su un singolo gene. Molto più spesso modulano un'intera via biologica. Per questo motivo comprendere quali pathway risultino alterati rappresenta uno dei principali obiettivi della trascrittomica moderna.

Non tutti i geni hanno la stessa importanza

Un altro concetto fondamentale è quello degli hub genes. Quando i ricercatori costruiscono una rete di interazione tra i geni differenzialmente espressi, osservano che alcuni occupano posizioni centrali, mentre altri svolgono un ruolo periferico.

Gli hub genes possono essere paragonati ai principali aeroporti di una rete internazionale. Se un piccolo aeroporto interrompe la propria attività, il traffico globale cambia poco. Se invece si blocca un grande hub, l'intera rete viene profondamente modificata. Lo stesso accade nei sistemi biologici: alterare un hub gene può influenzare contemporaneamente numerosi processi cellulari. Per questo motivo gli hub genes rappresentano spesso i candidati più interessanti per lo sviluppo di futuri farmaci.

La trascrittomica nell'acalasia: cosa hanno scoperto gli studi?

I primi studi trascrittomici hanno dimostrato che l'acalasia non è caratterizzata dalla semplice alterazione di pochi geni isolati. Al contrario, sono coinvolte intere reti di espressione genica, soprattutto quelle legate alla regolazione della risposta immunitaria, alla neurotrasmissione, ai processi infiammatori e alla sopravvivenza cellulare.

L'RNA sequencing ha inoltre evidenziato che il profilo trascrittomico può differire tra i diversi segmenti dell'esofago e tra i sottotipi clinici della malattia, suggerendo che l'acalasia non rappresenti un'entità biologicamente uniforme. Successivamente, gli studi hanno iniziato a integrare trascrittomica, genomica e bioinformatica.

Palmieri et al., 2016

Identificarono 1782 geni. Sovraregolati: coinvolti nella funzione biologica della contrazione della muscolatura liscia, come il recettore dell'efrina A7 (EPHA7), la tropomiosina 2 (TPM2) e l'integrina alfa 1 (ITGA). Sottoregolati: coinvolti nella funzione di difesa innata contro le infezioni, come il ligando 17 della chemiochina (CXCL17) e i geni della costante pesante alfa 1 e 2 dell'immunoglobulina (IGHA1-2).

Bonora et al., 2018

Identificarono 111 geni. Sovraregolati: proteina di ancoraggio della chinasi α 6 (AKAP6) e inositolo polifosfato-4-fosfatasi (INPP4B). Sottoregolati: induttore angiogenico ricco di cisteina 61 (CYR61), fattore di crescita del tessuto connettivo (CTGF), c-kit, fosfatasi a doppia specificità 5 (DUSP5), risposta precoce alla crescita 1 (EGR1).

Shoji et al., 2017

Analizzando otto pazienti e quattro controlli con tecnologia basata su microarray, identificarono il miR-130a significativamente più alto nei casi, con una correlazione significativa con il sesso maschile e la storia di fumo nei pazienti con acalasia. Nessun cambiamento significativo nell'espressione di miR-130a prima e dopo la POEM.

Ikebuchi et al., 2020

Analizzando sei pazienti giapponesi e quattro controlli con microarray e successiva PCR quantitativa in tempo reale, identificarono due miRNA virali derivati dal virus dell'herpes simplex (HSV-1), hsv1-miR-H1-3p e hsv1-miR-H18, significativamente sovraespressi nei campioni muscolari ottenuti dal LES durante POEM. Non sono state osservate associazioni significative tra le espressioni dei miRNA virali identificati e i tipi morfologici di acalasia, il grado di dilatazione e la durata della malattia.

Palmieri et al., 2020

Analizzando 11 campioni di mucosa esofagea di pazienti e 5 controlli con analisi microarray e bioinformatica integrata, identificarono miRNA con espressione alterata.

Gholipour et al., 2021

Analizzando il tessuto esofageo di 52 pazienti e 50 controlli con le più recenti tecnologie NGS, identificarono 15 miRNA espressi in modo significativamente differenziale, con target previsti significativamente correlati alla neurotrasmissione, allo sviluppo e alla rigenerazione degli assoni, alla risposta cellulare ai fattori di crescita nervosa e ai processi infiammatori. Mediante PCR quantitativa in tempo reale: sottoregolazione del miR-217 nei campioni LES dei pazienti. L'analisi di arricchimento funzionale (Gene Ontology) ha mostrato che i geni bersaglio di questo microRNA sono coinvolti principalmente nei processi di mielinizzazione.

Patel et al., 2022

Identificarono 65 geni nella parte distale dell'esofago e 120 geni nella parte prossimale. Questi risultati hanno dimostrato che le alterazioni molecolari non sono uniformi lungo l'esofago, ma possono variare da una regione all'altra. Inoltre, nelle biopsie del tratto distale è stata osservata un'alterata risposta delle cellule agli stimoli delle citochine, un dato che rafforza l'ipotesi di un coinvolgimento dei processi infiammatori nella fisiopatologia dell'acalasia.

Micale et al., 2022

Analizzando le reti di interazione tra i miRNA significativi e i loro geni bersaglio, identificarono coppie di miRNA-mRNA interagenti con geni coinvolti nel traffico delle cellule immunitarie, nello sviluppo del sistema scheletrico e muscolare e nei macro-processi di sviluppo del sistema nervoso. Il miR-200c-3p (sottoregolato) era correlato a un'espressione aumentata della proteina chinasi cGMP-dipendente 1 (PRKG1), della solfatasi 1 (SULF1) e dell'omologo 1 della GTPasi Rho difettosa della sinapsi (SYDE1), geni coinvolti nella contrattilità della muscolatura liscia e nella trasmissione sinaptica delle vie cellulari. Il miR-200c-3p regola direttamente il gene PRKG1 e indirettamente SULF1 e SYDE1, influenzando la patogenesi dell'acalasia attraverso la segnalazione NO/cGMP/PKG.

Liu et al., 2023

Analizzando sangue e tessuti del LES di pazienti e controlli con la tecnica di sequenziamento dell'RNA a singola cellula (scRNA-seq), identificarono la presenza di macrofagi C1QC+ e linfociti T della memoria residenti con un peculiare profilo trascrittomico, localizzati attorno al plesso mioenterico o infiltrati. Queste cellule mostravano un grado di attivazione maggiore nell'acalasia di tipo I rispetto al tipo II, rafforzando l'ipotesi che la risposta immunitaria locale contribuisca alla neuroinfiammazione e alla progressiva perdita dei neuroni del plesso mioenterico.

Xiong et al., 2025

Grazie alla randomizzazione mendeliana, identificarono i geni differenzialmente espressi e gli hub genes per ricostruire le reti biologiche, valutando possibili relazioni causali e individuando potenziali bersagli farmacologici. Questo approccio rappresenta un'evoluzione importante della trascrittomica: l'obiettivo è utilizzare i profili di espressione genica per prioritizzare i target terapeutici che meritano di essere studiati in laboratorio e, in futuro, nella sperimentazione clinica.

Li et al., 2026

Grazie al single-cell RNA sequencing, individuarono una variante genetica e dimostrarono che i suoi effetti biologici si manifestano prevalentemente nei linfociti B, dove la variante sembra influenzare specifici programmi trascrizionali.

Conclusioni

La trascrittomica ha spostato la ricerca sull'acalasia da una visione statica del patrimonio genetico a una visione dinamica del comportamento cellulare. Nel loro insieme, dagli studi trascrittomici emerge il quadro di una malattia complessa, nella quale reti di geni, RNA regolatori e popolazioni cellulari interagiscono tra loro modificando progressivamente il funzionamento del sistema nervoso enterico, della muscolatura esofagea e della risposta immunitaria.

Sebbene molte di queste scoperte non abbiano ancora un'applicazione clinica immediata, la trascrittomica sta fornendo una mappa sempre più dettagliata dei meccanismi molecolari dell'acalasia. Questa conoscenza rappresenta il passaggio indispensabile per individuare biomarcatori diagnostici più precoci, comprendere le differenze biologiche tra i pazienti e identificare nuovi bersagli terapeutici su cui sviluppare, in futuro, trattamenti realmente personalizzati.

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