Genetica

JÉRÔME LEJEUNE

La scoperta della trisomia 21 e la ricerca di una cura per la sindrome di Down

Pierluigi Strippoli*

Figura 1. Gruppo di ricerca del prof. Lejeune alla fine degli anni ’60. Seduta alla sinistra di Lejeune la prof.ssa Maria Zannotti.

Chi cerca trova. Quando Jérôme Lejeune nel 1958, a soli 32 anni, si accorge che nelle cellule dei bambini con sindrome di Down c'è un cromosoma 21 in più e pensa: "Ho trovato!", ha trovato quello che in effetti stava cercando Win da quando sei anni prima, per aver preso la metropolitana di Parigi nel senso sbagliato, aveva perso l'esame per entrare nella scuola di specializzazione in Chirurgia e si era ritrovato in Pediatria, dove il suo maestro Raymond Turpin visitava molti bambini con sindrome di Down, chiamata all'epoca "mongolismo". Il giovane medico aveva intuito che bisognava capire "perché sono così", come aveva scritto alla futura moglie Birthe poche settimane prima di sposarla, nel 1952. E sarà proprio lui a comprendere l'origine cromosomica della sindrome, all'epoca ancora attribuita, dalle persone comuni così come dagli studiosi, a problemi dei genitori: tubercolosi, siWilide, alcolismo, "immoralità". Lo storico articolo che dimostra la causa effettiva della sindrome di Down, la più frequente forma costituzionale di disabilità intellettiva, uscirà nel 1959, Wirmato da Lejeune insieme a Turpin e a Marthe Gautier. Nell'articolo viene dimostrato che le persone con sindrome di Down hanno una molecola di DNA in eccesso: possiedono tre copie del cromosoma 21 (trisomia 21), invece delle due normalmente presenti.

*Laboratorio di Genomica del Dipartimento di Medicina Specialistica, Diagnostica e Sperimentale, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna.

Nato a Montrouge, presso Parigi in Francia, il 13 Giugno del 1926, Lejeune, dopo la laurea in Medicina nel 1951, compì le prime osservazioni cliniche nel reparto del prof. Turpin, specializzandosi anche in Genetica e Biochimica. Nel 1952 sposa la danese Birthe Bringsted, da cui avrà cinque Wigli. Con la scoperta del 1959 viene fondata la genetica medica moderna, in quanto per la prima volta un sintomo clinico viene correlato ad una speciWica alterazione del materiale genetico. Inoltre la malattia viene ricondotta ad una mutazione genetica spontanea e imprevedibile che ha frequenza costante in tutte le popolazioni della Terra, perdendo ogni connotazione negativa di tipo "morale"; il termine "mongolismo" viene quindi bandito dalla Medicina. Diventa anche possibile studiare in dettaglio il meccanismo della sindrome, ossia come faccia il cromosoma 21 in eccesso a determinare i sintomi, in vista di un possibile intervento farmacologico di cura dei sintomi. Nell'arco di pochi anni Lejeune descrive altre anomalie cromosomiche, tra le quali la sindrome del cri du chat (sindrome del grido di gatto), così chiamata per il pianto caratteristico di questi neonati e dovuta alla perdita del braccio corto del cromosoma 5. Nei tanti anni di attività, lo scienziato ebbe modo di promuovere l'uso dell'acido folico per la prevenzione della spina biWida, una rara malformazione della colonna vertebrale che colpisce il feto. I risultati della sua ricerca clinica e scientiWica sono documentati in numerose pubblicazioni su diverse sindromi cromosomiche (monosomie, trisomie, delezioni e traslocazioni autosomiche; sindromi di Klinefelter, di Turner e X-fragile; mosaicismi). Alla guida dell'unità di citogenetica clinica dell'Hôpital Necker-Enfantes Malades di Parigi, Lejeune esaminò, con il suo gruppo, oltre 30.000 cariotipi, seguendo più di 9.000 persone con disabilità intellettiva. Il prof. Lucien Israel, oncologo dell'Università di Parigi, ebbe in seguito a dichiarare: «Era leggendario il rapporto che il prof. Lejeune aveva con i suoi pazienti». Nel 1964 viene creata all'Università di Parigi, e afWidata al Prof. Lejeune, la prima cattedra di Genetica fondamentale. A motivo delle sue rilevanti scoperte nell'ambito della genetica e della medicina, Lejeune riceve lauree honoris causa, onoriWicenze e premi. Nel 1962 riceve il Premio Kennedy dalle mani del Presidente degli Stati Uniti John Kennedy, mentre

nel 1969 gli viene assegnato il Premio William Allan, il più prestigioso riconoscimento nell'ambito della Genetica. Il prof. Lejeune credeva fermamente nella possibilità di trovare una terapia per la sindrome di Down e per le altre forme di disabilità intellettiva di origine cromosomica. La convinzione che la diagnosi fosse la premessa per una possibile terapia lo porterà alla emarginazione da parte del mondo accademico, in cui prevaleva invece l'opinione che la diagnosi in età prenatale fosse utile soprattutto ai Wini dell'aborto selettivo. Le riWlessioni del prof. Lejeune sulla sindrome di Down abbracciano un arco di più di 40 anni, dalle prime osservazioni del 1953 sulle pieghe cutanee delle palme delle mani dei bambini trisomici Wino agli ultimi lavori del 1994. Da questa profonda conoscenza del problema, clinica e scientiWica, scaturiva la ferma convinzione di Lejeune che una terapia in grado di attenuare la disabilità intellettiva associata alla trisomia 21 potesse essere trovata. Sosteneva infatti: «La troveremo. È «[…] per la prima volta un sintomo clinico impossibile che non viene correlato ad una specifica alterazione del materiale genetico. Inoltre la malattia riusciamo a trovarla. È una impresa intellettuale meno difWicile che spedire viene ricondotta ad una mutazione genetica un uomo sulla luna. Se spontanea e imprevedibile che ha frequenza trovo come guarire la costante in tutte le popolazioni della Terra, trisomia 21, allora si aprirà la strada verso la perdendo ogni connotazione negativa di guarigione di tutte le altre tipo "morale" […]» malattie di origine genetica». Continuò a studiare e lavorare a questo scopo, con poche risorse, scrivendo al riguardo molti lavori originali che conservano a distanza di decenni una sorprendente attualità, anticipando temi quali la applicazione della teoria dell'informazione alla genetica e la biologia dei sistemi. Tenne relazioni scientiWiche e conferenze in tutto il mondo, incontrando moltissime persone. I suoi contributi scientiWici riguardarono anche lo studio degli effetti sulle radiazioni delle cellule. Fu consulente delle Nazioni Unite come esperto sulle radiazioni atomiche e incontrò Leonid Breznev, capo di stato dell'Unione Sovietica, per illustrare le conseguenze dell'uso delle armi nucleari. Nel 1974 entrò a far parte della PontiWicia Accademia delle Scienze, mentre nel 1983 fu eletto all'Accademia Francese di Medicina. Nel 1994 Giovanni Paolo II, di cui Lejeune era molto amico, creò la PontiWicia Accademia per la Vita e chiese a Lejeune di esserne il Presidente. Vicino al compimento dei 68 anni, morì a Parigi il 3 Aprile del 1994 per un tumore polmonare. Durante il

funerale, Bruno, un giovane con sindrome di Down, si impossessò del microfono per dichiarare: «Grazie, mio caro professor Lejeune di quello che hai fatto per mio padre e per mia madre. Grazie a te, sono Wiero di me». Si venne poi a sapere che era il bambino il cui esame dei cromosomi, trentacinque anni prima, aveva permesso a Lejeune di scoprire la trisomia 21. Il 25 Febbraio 1997 è stato aperto a Parigi il processo di beatiWicazione di Jérôme Lejeune. L'11 Aprile 2012 si è conclusa, nella cattedrale parigina di NotreDame, la fase diocesana del processo, ora trasferito a Roma. Il 21 Gennaio 2021 la Chiesa cattolica ha riconosciuto le virtù eroiche del prof. Lejeune, dichiarandolo Venerabile. La sindrome di Down è la più comune anomalia genetica umana, e si riscontra in 1 su 700 nati vivi. Le persone con sindrome di Down soffrono in particolare di disabilità intellettiva, sebbene affettività e socialità siano perfettamente conservate, anzi, è nota la loro capacità di suscitare intorno a sé un clima di intensità affettiva più grande del normale. Con la scoperta di Lejeune diventava anche possibile studiare in dettaglio il meccanismo della sindrome, ossia come faccia il cromosoma 21 in eccesso a determinare i sintomi, in vista di un possibile intervento, attualmente cercato da un numero limitato di gruppi di ricerca. Avevo già sentito parlare di Lejeune alla Wine degli anni '90, dalla prof.ssa Maria Zannotti dell'Università di Bologna, che era stata sua allieva a Parigi alla Wine degli anni '60. In una bellissima foto (Figura 1) lei è seduta alla sinistra del Prof. Lejeune, durante la riunione del mattino, foto che così lei ha commentato, restituendo il ricordo della Scuola creatasi intorno al grande genetista:

«Il prof. Lejeune faceva il giro dei locali, ad esempio il locale di lavaggio del materiale di laboratorio, e salutava tutti per nome (“Bonjur Madame"). L’attività iniziava alle 9 del mattino. I tabelloni visibili nella foto, sul tavolo, sono di formica, in ognuno stavano appoggiati due fogli con i cariotipi ricostruiti da noi. Il giorno prima, tutti i frequentanti estraevano i cromosomi già ritagliati da carta fotograWica da un sacchettino, forniti dal Laboratorio FotograWico della Facoltà, posto nelle vicinanze, in Rue de l'École-deMédecine. Il Laboratorio era nell’Hôpital Enfants Malades, attiguo all'ospedale Necker. Tutti quelli che andavano ad imparare la citogenetica ricostruivano il cariotipo e Wirmavano il foglio. Al mattino faceva la correzione (“Perché questo l’hai messo lì?"), Winita la quale si procedeva all’incollamento passando una striscia di scotch opaco, che andava diselettrizzato prima dell’uso stroWinando la parte esterna sul mento, o avrebbe attirato i cromosomi. Noi stessi attaccavamo le Wile di cromosomi, anche lavorando sui cariotipi degli altri. C’era molto da fare. Non c’era ancora il bandeggio. Si lavorava solo su forma e dimensioni, e sul rapporto tra braccio lungo e corto dei cromosomi. Il prof. Lejeune faceva le correzioni tutte le mattine».

Insieme alla prof.ssa Zannotti avevo iniziato nel 1998 uno studio del cromosoma 21, tuttavia verso il 2010 lo stavo chiudendo, per mancanza di motivazioni e di fondi. In seguito alla partecipazione ad un congresso a Parigi nel 2011 ed alla riscoperta fortuita della vita e dell'opera di Lejeune, grazie all'amicizia con i ricercatori Ombretta Salvucci e Mark Basik, ho ricevuto il consiglio, direttamente dalla moglie del grande genetista e pediatra, di "vedere i bambini". Ho così avuto il privilegio di venire a contatto con la ricchezza costituita da queste persone e dai loro genitori, i quali testimoniavano come, dopo un comprensibile shock iniziale, il Wiglio si fosse via via imposto come il centro affettivo della famiglia, rendendola più unita, facendo riscoprire le cose essenziali della vita, diventando fonte di scoperte inattese ("Vedrà, vedrà", diceva Lejeune). Da qui la ripresa con tutte le forze della nostra ricerca scientiWica ispirandoci al pensiero scientiWico di Lejeune, che pensava che i problemi cognitivi originassero da un disturbo del metabolismo. Per questo passava dall'ambulatorio, dove lavorava al mattino testimoniando la accettazione senza riserve del bambino, così com'era, al laboratorio, dove nel pomeriggio faceva ricerca per trovare un trattamento che permettesse ai bambini con trisomia 21 di esprimere tutto il proprio potenziale frenato da un limite biologico, da un difetto di scorrimento di "ingranaggi" di natura biochimica. Abbiamo pertanto lanciato nel 2014 uno studio sistematico della sindrome di Down mirato alla integrazione di dati clinici, cognitivi, biochimici, genetici e bioinformatici allo scopo di identiWicare nuove possibilità di cura per la disabilità intellettiva associata a questa forma di trisomia. Il progetto costituisce, a nostra conoscenza, la più ampia ricerca

scientiWica integrata clinico-sperimentale sulla sindrome di Down condotta in Italia, mirata a permettere la piena espressione delle grandi potenzialità delle persone con trisomia 21, la cui espressione è come "bloccata" da un meccanismo certamente innescato dal cromosoma in più. Lo studio riguarda al momento 230 bambini con trisomia 21, con ricadute possibili su tutte le persone con trisomia 21 (38.000 solo in Italia, 6 milioni nel mondo). Il nostro gruppo di ricerca opera nel Laboratorio di Genomica del Dipartimento di Medicina Specialistica, Diagnostica e Sperimentale dell'Università di Bologna, diretto Wino al Maggio 2021 dal prof. Mauro Gargiulo e attualmente diretto dal prof. Gianandrea Pasquinelli. La dott.ssa Chiara Locatelli, dell'Unità Operativa di Neonatologia - Policlinico S. Orsola-Malpighi, diretta dal prof. Luigi Corvaglia, è succeduta come referente clinico della ricerca al prof. Guido Cocchi dell'Università di Bologna. Il progetto è svolto in collaborazione con altri centri a livello nazionale ed internazionale. In particolare, le valutazioni cognitive sono svolte, in collaborazione con l'Università di Padova, dal gruppo del prof. Renzo Vianello e della prof.ssa Silvia Lanfranchi, che include le dott.sse Sara Onnivello e Francesca Pulina. Tante sono state le ricadute impreviste generate da questo progetto: innanzitutto, una forte collaborazione tra ricercatori e clinici, che ha anche portato al consolidamento dell'attività assistenziale svolta da quasi 40 anni dal prof. Guido Cocchi a favore di bambini e ragazzi con trisomia 21, provenienti dall'Emilia-Romagna e da tutta Italia, presso il Policlinico Sant'Orsola-Malpighi di Bologna, attività che ora prosegue grazie alla dottoressa Locatelli. Dal punto di vista della ricerca sperimentale, si è formato un gruppo di ricerca costituito in prevalenza da giovani ricercatrici con forti competenze e grande dedizione a questo tema di ricerca: Lorenza Vitale, Maria Chiara Pelleri, Maria Caracausi, Allison Piovesan, Francesca Antonaros, cui si sono afWiancati dal Novembre 2021 i due dottorandi Beatrice Vione (sperimentale) e Giuseppe Ramacieri (clinico). Abbiamo così potuto sviluppare due intuizioni del prof. Lejeune, pubblicando i relativi risultati su riviste scientiWiche. In primo luogo abbiamo voluto veriWicare, studiando la trisomia 21 parziale, se tra i geni del cromosoma 21 ci fossero davvero "molti innocenti e pochi colpevoli", e abbiamo così osservato che in effetti la "regione critica" strettamente associata alla diagnosi di sindrome di Down corrisponde a meno di un millesimo dell’intero cromosoma 21 umano [1][2]. Inoltre, in accordo con l'ipotesi che la disabilità intellettiva sia essenzialmente conseguente ad uno

squilibrio del metabolismo, abbiamo dimostrato, in collaborazione con il gruppo della prof.ssa Paola Turano dell'Università di Firenze, che nel plasma dei bambini con sindrome di Down vi sono speciWiche alterazioni metaboliche [3][4]. Secondo un'ipotesi più volte proposta da Lejeune, il ciclo dell'acido folico, facente parte del più generale ciclo dei monocarboni (one-carbon cycle), svolge un ruolo particolarmente importante come substrato biologico dell'intelligenza. Abbiamo potuto confermare questa ipotesi riscontrando una correlazione tra le alterazioni di alcuni metaboliti di questo ciclo e i punteggi ottenuti dai bambini nei test cognitivi [5]. Una alterazione del metabolismo dei monocarboni (ciclo del folato, ciclo della metionina, ciclo della transulfurazione) potrebbe in effetti essere all'origine del danno delle cellule nervose all’origine della disabilità intellettiva. Si apre ora la possibilità di stabilire un nesso tra i geni che rimangono da identiWicare nella "regione critica" del cromosoma 21 e le alterazioni del metabolismo speciWicamente dipendenti da tale sequenza di DNA, di cui cercheremo anche la correlazione con il livello cognitivo. Se questi rimangono gli obiettivi prioritari della ricerca sperimentale, i dati già ottenuti e gli studi di questi anni ci permettono di ipotizzare una possibile strada di terapia biochimica, riequilibrando il ciclo dei monocarboni, perché conoscere i meccanismi di azione associati alla “regione critica” potrebbe richiedere ancora anni: per questo, mentre continuiamo gli esperimenti tesi a chiarire i rapporti tra metabolismo e cromosomoma 21 nella sindrome di Down, vorremmo comunque iniziare a veriWicare l'ipotesi di condurre una sperimentazione clinica nel 2022, con la prospettiva di poter agire su basi razionali per il ripristino di un equilibrio delle alterazioni che abbiamo già dimostrato. A sostegno di questa logica viene ancora una volta in aiuto il pensiero del prof. Lejeune:

«La Medicina ci insegna che gli uomini hanno scoperto che la chinina guarisce la malaria molto prima di conoscere la Chimica, e molto prima di avere costruito il microscopio per vedere il Plasmodium falciparum» (Lejeune, Conferenza a Firenze, Novembre 1987).

Un ulteriore importante sviluppo è consistito nella recente e innovativa istituzione a Bologna di un servizio di assistenza per gli adulti con sindrome di Down, estendendo l'esperienza guadagnata con l’attività pediatrica. Il servizio è svolto dal dott. Gian Luca Pirazzoli, sotto la direzione della dott.ssa Aldina Gardellini, Direttore f.f. della Unità di Geriatria dell’Ospedale Maggiore di Bologna. È stata preziosa in merito la collaborazione con il dott. Angelo CarWì, responsabile di un servizio di questo tipo presso il Policlinico Gemelli a Roma. In conclusione, tutta la nostra gratitudine va a chi ci ha permesso, sostenendoci concretamente, di lavorare in questi anni. Il Winanziamento di queste ricerche risente, da una parte, della scarsa disponibilità di fondi per la ricerca sperimentale, dall'altra, dell'indirizzamento di molti studi verso la diagnosi prenatale della sindrome, invece che verso la sua cura. Per questo ogni contributo è fondamentale per sostenere la nostra attività di ricerca: di fatto, in questi anni la nostra ricerca è stata sostenuta in larghissima parte da donazioni di privati, fondazioni, associazioni, famiglie, molto spesso in seguito ad eventi di beneWicenza e ad una serie di conferenze che sono state svolte in molte città italiane ed anche in Inghilterra, Stati Uniti, Svizzera ed Austria. Purtroppo il 6 Maggio 2020 ci ha lasciato madame Birthe Lejeune, i cui consigli e incoraggiamenti sono stati fondamentali per l’avvio e lo sviluppo della nostra ricerca. Conoscerla è stato per me un privilegio straordinario e a lei va la gratitudine di tutto il nostro gruppo di ricerca, impegnato a proseguire sulla strada del prof. Lejeune, che lei ha tanto contribuito a far conoscere.

Siti web

Link al progetto: http://apollo11.isto.unibo.it poi clic su "Le nostre ricerche sulla trisomia 21" (in basso). Link alle pubblicazioni del prof. Lejeune:

http://publications.fondationlejeune.org/ CompleteListe.asp Bibliografia

1. Pelleri M.C. et al., Systematic reanalysis of partial trisomy 21 cases with or without Down syndrome suggests a small region on 21q22.13 as critical to the phenotype. Hum Mol

Genet. 2016 Jun 15;25(12):2525-2538. doi: 10.1093/ hmg/ddw116. Epub 2016 Apr 22. PMID: 27106104;

PMCID: PMC5181629. 2. Pelleri M.C. et al., Partial trisomy 21 map: Ten cases further supporting the highly restricted Down syndrome critical region (HR-DSCR) on human chromosome 21. Mol Genet

Genomic Med. 2019 Aug;7(8):e797. doi: 10.1002/ mgg3.797. Epub 2019 Jun 25. PMID: 31237416; PMCID:

PMC6687668. 3. Caracausi M. et al., Plasma and urinary metabolomic proRiles of Down syndrome correlate with alteration of mitochondrial metabolism. Sci Rep. 2018 Feb 14;8(1):2977. doi: 10.1038/s41598-018-20834-y. PMID: 29445163; PMCID: PMC5813015. 4. Antonaros F. et al., Plasma metabolome and cognitive skills in Down syndrome. Sci Rep. 2020 Jun 26;10(1):10491. doi: 10.1038/s41598-020-67195-z. PMID: 32591596;

PMCID: PMC7319960. 5. Antonaros F. et al., One-carbon pathway and cognitive skills in children with Down syndrome. Sci Rep. 2021 Feb 19;11(1):4225. doi: 10.1038/s41598-021-83379-7.

PMID: 33608632; PMCID: PMC7895965.