In due indagini di riferimento, un team di ricercatori ha utilizzato moderni strumenti genomici per indagare i potenziali effetti genetici sulla salute, di un noto agente cancerogeno, dovuti all’esposizione a radiazioni ionizzanti, causate dall’incidente del 1986 alla centrale nucleare di Chernobyl nel nord dell’Ucraina. Queste analisi si sono basate sulla possibile trasmissione genetica da un genitore al figlio.
Il primo studio non ha trovato alcuna prova che l’esposizione alle radiazioni dei genitori abbia provocato nuovi cambiamenti genetici passati dai genitori ai figli. Il secondo studio ha documentato i cambiamenti genetici nei tumori delle persone che hanno sviluppato il cancro alla tiroide dopo l’esposizione da bambini (o feti) alle radiazioni, rilasciate dall’incidente.
I risultati, pubblicati in occasione del 35° anniversario del disastro, provengono da team internazionali di ricercatori guidati da scienziati del National Cancer Institute (NCI), parte del National Institutes of Health. Gli studi sono stati pubblicati online su Science il 22 aprile.
Chernobyl: Effetti genetici e studi a confronto
“Le domande scientifiche sugli effetti delle radiazioni sulla salute umana, sono studiate fin dai bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki; e sono state nuovamente risollevate da Chernobyl. E poi ancora dall’incidente nucleare causato dallo tsunami di Fukushima, in Giappone”.
Afferma Stephen J. Chanock, M.D., direttore della divisione di epidemiologia e genetica del cancro (DCEG) del NCI.
“Negli ultimi anni, i progressi nella tecnologia di sequenziamento del DNA ci hanno permesso di iniziare ad affrontare alcune delle domande importanti; in parte attraverso analisi genomiche complete effettuate in studi epidemiologici ben progettati”.
L’incidente di Chernobyl ha esposto milioni di persone nella regione circostante a contaminanti radioattivi. Gli studi hanno fornito gran parte delle conoscenze odierne sui tumori causati dalle esposizioni alle radiazioni degli incidenti delle centrali nucleari. La nuova ricerca si basa su questo fondamento, utilizzando il sequenziamento del DNA di nuova generazione; e altri strumenti di caratterizzazione genomica per analizzare i campioni biologici di persone in Ucraina colpite dal disastro.
Chernobyl – Fukushima: le conseguenze e le analogie
Il primo studio ha indagato sulla questione di lunga data riguardante i risultati dell’esposizione alle radiazioni in cambiamenti genetici che possono essere trasmessi dai genitori alla prole, come suggerito da alcuni studi sugli animali. Per rispondere a questa domanda, il dottor Chanock e i suoi colleghi hanno analizzato i genomi completi di 130 persone nate tra il 1987 e il 2002 e le loro 105 coppie madre-padre.
Uno o entrambi i genitori erano stati lavoratori che hanno aiutato a ripulire dall’incidente o erano stati evacuati perché vivevano in prossimità del sito. Ogni genitore è stato valutato per l’esposizione prolungata alle radiazioni ionizzanti, che può essersi verificata attraverso il consumo di latte contaminato (cioè, il latte di mucche che pascolavano sui terreni). Le madri e i padri hanno dunque sperimentato una gamma di dosi di radiazioni.
I ricercatori hanno analizzato i genomi dei figli adulti per un aumento di un particolare tipo di cambiamento genetico ereditato noto come mutazioni de novo*. Le mutazioni de novo sono cambiamenti genetici che sorgono casualmente nei gameti di una persona (sperma e ovuli) e possono essere trasmessi alla loro prole, ma non sono osservati nei genitori.
Mutazioni
Per la gamma di esposizioni alle radiazioni sperimentate dai genitori nello studio, non c’era alcuna prova dai dati di sequenziamento del genoma intero di un aumento del numero o dei tipi di mutazioni de novo nei loro figli nati tra 46 settimane e 15 anni dopo l’incidente. Il numero di mutazioni de novo osservato in questi bambini erano molto simili a quelli della popolazione generale con caratteristiche comparabili. Di conseguenza, i risultati suggeriscono che l’esposizione alle radiazioni ionizzanti dell’incidente ha avuto un impatto minimo, se non nullo, sulla salute della generazione successiva.
“Consideriamo questi risultati molto rassicuranti per le persone che vivevano a Fukushima al momento dell’incidente nel 2011”, ha detto il dottor Chanock. “Le dosi di radiazioni in Giappone sono note per essere inferiori a quelle registrate a Chernobyl”.
Nel secondo studio, i ricercatori hanno usato il sequenziamento di prossima generazione per tracciare il profilo dei cambiamenti genetici nei tumori alla tiroide che si sono sviluppati in 359 persone esposte da bambini o in utero alle radiazioni ionizzanti dello iodio radioattivo (I-131) rilasciato dall’incidente nucleare di Chernobyl e in 81 individui non esposti nati più di nove mesi dopo l’incidente. L’aumento del rischio di cancro alla tiroide è stato uno dei più importanti effetti negativi sulla salute osservati dopo l’incidente.
Driver
L’energia delle radiazioni ionizzanti rompe i legami chimici nel DNA, provocando una serie di diversi tipi di danni. Il nuovo studio evidenzia l’importanza di un particolare tipo di danno al DNA che comporta rotture in entrambi i filamenti di DNA nei tumori della tiroide. L’associazione tra le rotture del doppio filamento di DNA e l’esposizione alle radiazioni era più forte per i bambini esposti in giovane età.
Successivamente, i ricercatori hanno identificato i candidati “driver” del cancro in ogni tumore; cioè i geni chiave in cui le alterazioni hanno permesso ai tumori di crescere e sopravvivere. Hanno identificato i driver in più del 95% dei tumori. Quasi tutte le alterazioni hanno coinvolto i geni della stessa via di segnalazione, chiamata via della proteina chinasi attivata da mitogeni (MAPK), compresi i geni BRAF, RAS e RET.
Chernobyl: Effetti genetici – le mutazioni puntiformi
L’insieme dei geni interessati è simile a quello segnalato in studi precedenti di cancro alla tiroide. Tuttavia, i ricercatori hanno osservato uno spostamento nella distribuzione dei tipi di mutazioni nei geni.
In particolare, nello studio Chernobyl, i tumori della tiroide che si sono verificati in persone esposte a dosi di radiazioni più elevate, come i bambini, avevano più probabilità di essere soggetti a fusioni geniche; cioè quando entrambi i filamenti di DNA sono rotti e poi i pezzi difettosi sono uniti di nuovo insieme. Invece, quelli in persone non esposte (o quelli sottoposti a bassi livelli di radiazioni) avevano più probabilità di derivare da mutazioni puntiformi (singolo base-pair cambiamenti in una parte chiave di un gene).
I risultati suggeriscono che le rotture del doppio filamento di DNA possono essere un cambiamento genetico precoce in seguito all’esposizione delle radiazioni nell’ambiente; che successivamente consente la crescita dei tumori alla tiroide. I loro risultati forniscono una base per ulteriori studi sui tumori indotti dalle radiazioni. In particolare quelli che comportano differenze di rischio in funzione sia della dose che dell’età, hanno aggiunto i ricercatori.
Il Genoma
“Un aspetto interessante di questa ricerca è stata l’opportunità di collegare le caratteristiche genomiche del tumore con le informazioni sulla dose di radiazioni – il fattore di rischio che potenzialmente ha causato il cancro”, ha detto Lindsay M. Morton, Ph.D., vice capo del Radiation Epidemiology Branch in DCEG, che ha guidato lo studio.
“L’atlante del genoma del cancro ha fissato lo standard per il profilo completo delle caratteristiche del tumore”, ha continuato la dott.ssa Morton. “Abbiamo esteso quell’approccio per completare il primo grande studio di profilo genomico in cui la potenziale esposizione cancerogena era ben caratterizzata; permettendoci di indagare la relazione tra caratteristiche specifiche del tumore e la dose di radiazioni”.
Conclusioni sul futuro
La dottoressa ha fatto notare che lo studio è stato reso possibile dalla creazione della Chernobyl Tissue Bank circa due decenni fa; quindi molto prima che la tecnologia fosse sviluppata per condurre il tipo di studi genomici e molecolari che sono comuni oggi.
“Questi studi rappresentano il primo caso in cui il nostro gruppo ha condotto studi molecolari utilizzando i campioni biologici raccolti dai nostri colleghi in Ucraina”; ha dichiarato la dottoressa Morton. “La banca dei tessuti è stata istituita da scienziati lungimiranti. Questo per raccogliere campioni tumorali dai residenti in regioni altamente contaminate che hanno sviluppato il cancro alla tiroide. Tali scienziati hanno riconosciuto che ci sarebbero stati progressi sostanziali nella tecnologia in futuro. E la comunità di ricerca sta ora beneficiando della loro lungimiranza”.
*I genetisti chiamano mutazione “de novo” quella mutazione che viene diagnosticata in un individuo e non risulta essere presente nel corredo genetico dei suoi genitori. Significa che non è ereditata; ma è frutto di un evento “nuovo”, verificatosi per la prima volta in quel soggetto. Chernobyl: Effetti genetici.
