Fecondazione in vitro "a tre genitori". Rischi potenziali ancora da valutare

Fecondazione in vitro "a tre genitori". Rischi potenziali soprattutto per la progenie maschile

La tecnologia di fecondazione in vitro (IVF)  "con tre genitori" nasce con lo scopo di prevenire la trasmissione di malattie dovute a mutazioni nel DNA mitocondriale materno.

Secondo le ultime stime la frequenza delle malattie derivanti da mutazioni mitocondriali nei nati vivi è di uno su 4 mila. Ovviamente la frequenza dei portatori non malati di mutazioni  è nettamente più alta, circa uno su 200. Valori ben più alti rispetto alle stime proposte 10 anni fa (Chinnery et al, 2000).

Le problematiche associate alle malattie mitocondriali sono molto varie e vanno da lievi difficoltà di apprendimento a condizioni debilitanti come la distrofia muscolare e altre gravi patologie cardiache.

Mitocondri

I mitocondri, organelli la cui funzione può essere paragonata a quella di una centralina elettrica, sono dotati di un proprio patrimonio genetico, residuo di quello presente nel procariote ancestrale entrato in simbiosi con una primitiva cellula eucariotica. La capacità del proto-mitocondrio di utilizzare l'ossigeno potè così essere acquisita dal proto-eucariote che si trasformò nella cellula eucariotica "moderna". Un passaggio fondamentale che amplificò le potenzialità evolutive grazie alla possibilità di colonizzare le zone aerobiche prima precluse a causa della estrema tossicità dell'ossigeno molecolare. Giusto per completezza di informazione vale la pena ricordare che le cellule vegetali fecero un passaggio in più instaurando un rapporto simbiontico, oltre che con i mitocondri, con procarioti dotati di capacità fotosintetiche, ora divenuti organelli noti come cloroplasti. Ma questa è un'altra storia.

Con il tempo parte delle funzioni codificanti legate ai geni del DNA mitocondriale vennero perse (in quanto già presenti nell'ospite) e/o trasferite nel DNA nucleare. Il DNA mitocondriale è piccolo (anche se confrontato con quello di un batterio), ma i 37 geni che contiene (codificanti per proteine e per tRNA e rRNA) sono fondamentali per il funzionamento della centralina energetica della cellula, una attività che vede nella respirazione aerobica cellulare il punto centrale.

Ogni cellula contiene un numero vario, a seconda del tipo e delle necessità della stessa, di mitocondri, i quali possono differire geneticamente tra loro a causa delle mutazioni casuali che compaiono ad ogni duplicazione mitocondriale. La presenza nella cellula di un certo numero di mitocondri fa si che la alterata funzionalità mitocondriale conseguente alle mutazioni possa essere compensata dai mitocondri "normali". Neutralizzazione possibile fintanto che il numero di mitocondri alterati rimane minimo e/o le mutazioni non siano funzionalmente "dominanti". 

C'è un però ed è la conseguenza del modo in cui i mitocondri si ripartiscono nelle cellule ad ogni mitosi. A differenza del DNA nucleare che viene suddiviso in modo estremamente rigoroso ad ogni divisione cellulare, i mitocondri si distribuiscono "casualmente" nelle due cellule figlie. Casualmente vuol dire che non esiste un meccanismo di ripartizione rigoroso come quello fornito dal fuso mitotico ai cromosomi. I mitocondri si ripartiscono nelle due cellule figlie in modo non regolato. 

Un esempio. Se in una cellula ci sono 10 mitocondri, il numero ereditato in ciascuna cellula seguirà una distribuzione normale che vede in 5 il valore medio, ma rende possibile (a frequenza minore) anche tutte le altre combinazioni, ad esempio 9:1, 8:2, etc. Se il numero effettivo ereditato ha poca importanza in se, tranne ovviamente nell'ipotetico 10:0, in quanto il numero di mitocondri si adegua, mediante duplicazione, alle specifiche e contingenti necessità cellulari, il problema può sorgere a causa della segregazione casuale dell'organello mutato: una delle due cellule figlie potrebbe ad esempio trovarsi con una percentuale di mitocondri "mutati" maggiore rispetto a quello ben tollerato nella cellula madre, rendendo problematico il processo compensativo.

E' probabile che qualora questo evento si verifichi nelle cellule somatiche, la forte pressione selettiva esistente ne limiterebbe la potenzialità espansiva. Non ricordo di mutazioni de novo mitocondriali legate ai tumori.
Diverso è il discorso per la trasmissione verticale della mutazione, un rischio reale se la mutazione compare nelle prime fasi dello sviluppo embrionale (così da coinvolgere le cellule che originereranno gli oociti) e/o durante l'oogenesi.

Sottolineo oogenesi e NON spermatogenesi per un motivo semplice: i mitocondri sono trasmessi unicamente per via materna, trasportati dalla cellula uovo. I mitocondri paterni o non penetrano nella cellula uovo o, una volta penetrati, vengono disassemblati e "digeriti". Questo il motivo per cui lo studio del DNA mitocondriale permette di risalire per via matrilineare lungo tutto il nostro albero evolutivo fino all'ipotetica Eva.

Fatto questo breve riassunto, necessario per comprendere le ragioni della fecondazione a tre genitori, passiamo ai motivi che hanno fatto sorgere delle perplessità nei ricercatori e nelle autorità sanitarie. 

La tecnica sfrutta i gameti forniti da tre persone: un uomo sano (il padre); una donna (la madre) portatrice di una mutazione mitocondriale e a rischio di sviluppare lei stessa una malattia (se non già malata) e una donatrice di ovuli sana.

La tecnica, esiste in due varianti, consiste nell'utilizzare la cellula uovo denucleata della donatrice come accettore dei pronuclei materno e paterno o di solo quello materno (in questo caso si procederà in un secondo tempo alla fecondazione della cellula).

Metodo 1: la cellula uovo viene "riparata" unendo il nucleo materno
al citoplasma della donatrice (®hfea.gov.uk)

Metodo 2: i pronuclei estratti dalla oocita materno fecondato sono trasferiti nell'oocita

denucleato della donatrice (®hfea.gov.uk)

E' chiaro che l'oocita denucleato della donatrice è priva di ogni componente genetica trasmissibile, tranne che per i mitocondri dotati, come abbiamo visto, di geni fondamentali. Ecco il perchè della definizione di fecondazione in vitro a tre genitori.

La tecnica è controversa in quanto comporta la modificazione del DNA dell'embrione, che verrà trasmessa verticalmente da tutte le figlie delle generazioni future.

Si obbietterà che la tecnica permette semplicemente di correggere un errore e che quindi la progenie risultante sarà per definizione sana. La situazione è in realtà più complessa ed è sufficientemente solida da avere spinto i regolatori a chiedere approfondimenti.

Il punto cruciale è che sebbene il numero di geni mitocondriali sia piccolo rispetto ai 20 mila geni nucleari, non è ancora del tutto noto come questi geni interagiscano tra loro. Ad esempio una mutazione nel genoma mitocondriale potrebbe essere assolutamente non dannosa all'interno di una cellula in quanto esiste (selezionata) una mutazione compensativa nel DNA nucleare. Decontestualizzando il mitocondrio dalla controparte nucleare (come avviene nella cellula uovo denucleata della donatrice) mutazioni fino ad allora "nascoste" potrebbero emergere.

Ma allora perchè i maschi nati da questa procedura di fecondazione dovrebbero essere più a rischio delle femmine?

Secondo i ricercatori interpellati, i problemi sono potenzialmente più probabili nei maschi perché essendo i mitocondri di origine materna gli eventuali effetti negativi delle mutazioni mitocondriali sono de facto compensati, pena la immediata perdita di fitness cioè nessuna progenie in grado di riprodursi, nelle donne. Nei maschi la pressione selettiva di avere mitocondri "perfetti" è nettamente inferiore.

Semplificando, un mitocondrio mutato in una portatrice sana potrebbe rivelare tutta la sua carica patologica in un contesto genomico diverso. 

Altro aspetto importante riguarda il numero di mitocondri presenti nella cellula uovo. Poichè dopo la fertilizzazione dell'oocita i mitocondri non si duplicano fino a che l'embrione arriva allo stadio di blastocisti (70-100 cellule), è fondamentale che la qualità iniziale dei mitocondri sia buona. Se non fosse così, la progressiva diluizione del pool di mitocondri ad ogni divisione cellulare fino alla blastocisti (circa 8 divisioni cellulari) generebbe, per semplice segregazione casuale, cellule arricchite del mitocondrio mutato. Dei numeri per rendere l'idea: partendo da una cellula uovo contenente, ad esempio, 100 mitocondri e ipotizzando una ripartizione perfetta degli stessi per le prime 8 divisioni cellulari (durante le quali NON avviene la duplicazione mitocondriale), il numero di mitocondri presenti alla fine sarebbe di ... 1!! Se nell'oocita vi era l'1% dei mitcondri mutati nella blastocisti ci sarà l'uno per cento delle cellule che avrà (nel nostro esempio) il 100% dei mitocondri mutati e così la progenie di quella cellula.
Una situazione ad alta potenzialità patologica.

La IVF a tre genitori è quindi una tecnica importante ma non priva di rischi. 

Pur comprendendo il desiderio della madre di trasmettere il proprio patrimonio genetico, nei casi in cui esista una malattia mitocondriale la fecondazione emi-eterologa (DNA paterno e oocita di una donatrice) è una situazione a minor rischio oggettivo. Che la fecondazione eterologa sia proibita dal nostro ordinamento è una idiozia che purtroppo ci portiamo dietro da qualche anno.

(articolo precedente su un argomento correlato, qui)

Fonti

- Mitochondrial Replacement, Evolution, and the Clinic

Science 20 September 2013: Vol. 341 no. 6152 pp. 1345-1346

- Warning of three-person IVF risks

BBC, news 19 September 2013

- The Role of Mitochondria from Mature Oocyte to Viable Blastocyst. 

Scott Chappel, Obstetrics and Gynecology International, 2013, 

- The epidemiology of pathogenic mitochondrial DNA mutations. 

 PF Chinnery et al, Ann Neurol. 2000 Aug;48(2):188-93

-  Mitochondrial Disorders Overview. 

GeneReviews™, 2010