Il trattamento della fibrosi cistica (FC) si può basare su farmaci che agiscono direttamente sulla proteina CFTR mutata, con lo scopo di ripristinarne la corretta funzione.
Un approccio alternativo si potrebbe basare sulla modulazione di bersagli diversi dalla proteina CFTR, al fine di aumentare la fuoriuscita di ioni dalla cellula o inibire l’eccessiva acidificazione che si osserva nelle vie aeree delle persone con FC.
Nonostante l’elevato interesse nello sviluppo di nuove strategie terapeutiche rivolte a tutte le persone con FC, il ruolo preciso di potenziali bersagli alternativi, come le proteine TMEM16A, SLC26A9, SLC26A4 e ATP12A, è tuttora poco conosciuto o controverso. Inoltre, modulatori farmacologici specifici per questi bersagli non sono ancora stati sviluppati. Pertanto, l’obiettivo principale di questo progetto era lo studio dell’espressione e della funzione nelle vie aeree di potenziali bersagli alternativi, in modo da selezionare quelli più promettenti e iniziare lo sviluppo di approcci terapeutici mirati.
Per lo studio sono state usate cellule epiteliali delle vie aeree ottenute da persone con fibrosi cistica (modelli ex vivo), di varie età, genotipi e condizioni cliniche e da persone non FC (controlli sani) mediante procedure minimamente invasive (spazzolamento della mucosa delle cavità nasali) e sono state applicate metodiche di imaging per studi di espressione genica e funzione su diversi tipi di campioni rappresentativi delle vie aeree.
Sono stati caratterizzati in dettaglio i profili di espressione e la localizzazione cellula-specifica di TMEM16A, SLC26A9, SLC26A4 e ATP12A nelle diverse regioni delle vie aeree ex vivo e in vitro.
I geni che codificano per ATP12A e SLC26A4 sono risultati i più espressi, soprattutto in condizioni infiammatorie, e spesso hanno mostrato co-espressione in cellule secretorie. I geni che codificano per TMEM16A e SLC26A9 sono risultati, invece, meno espressi, con il secondo che mostra una peculiare localizzazione limitata alle cellule polmonari neuroendocrine. È stato poi valutato il contributo dei bersagli alternativi alla regolazione delle proprietà del fluido che riveste l’epitelio respiratorio. Questi studi hanno identificato un ruolo primario per la pompa protonica ATP12A, la cui inibizione ha prodotto effetti benefici sulle proprietà epiteliali.
In conclusione, il progetto ha individuato ATP12A come bersaglio alternativo più promettente per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici per la FC. Inoltre, sono stati sviluppati dei modelli da usare per la ricerca di nuovi farmaci in grado di inibire la funzione o ridurre l’espressione di ATP12A.
Treatment of cystic fibrosis (CF) may be obtained by restoring the function of CFTR with mutation-specific drugs. A potentially alternative approach is to modulate the activity of other targets to stimulate CFTR-independent anion secretion or inhibit acidification. This approach could be essential for CF patients expressing undruggable CFTR mutants but could also be useful as an adjuvant therapy supporting the effect of CFTR rescue maneuvers.
Despite the increasing interest towards possible alternative targets such as TMEM16A, SLC26A9, SLC26A4, and ATP12A, their precise function and expression in the airways are largely unknown or controversial, and specific modulators are still lacking. For these reasons, this project aims to study the expression and the role of alternative targets in the airways and to develop tools and assays for therapeutic development.
The project involved the use of airway epithelial cells obtained from persons with cystic fibrosis of various ages, genotypes and clinical conditions and healthy controls using minimally invasive procedures (brushing of the mucous membrane of the nasal cavities).
Researchers applied spatial and functional imaging approaches in ex vivo samples (tissue microarrays of the airways, nasal brushings) and advanced in vitro models of the epithelial lining large and small airways.
They found intriguing differences in the expression levels, proximal-distal gradient, and cell type-specific localization in the airways of alternative targets. ATP12A and SLC26A4 were mainly localized in secretory cells and overexpressed under inflammatory conditions in vitro and ex vivo (CF and asthmatic patients). TMEM16A appeared with a very low expression in human bronchi and was undetectable in more distal regions. Interestingly, SLC26A9 was absent in most epithelial and glandular cells of the airways, except for rare epithelial cells (<1%) showing high expression. Researchers identified these cells as pulmonary neuroendocrine cells. Pharmacological dissection of alternative targets’ contribution to airway surface liquid (ASL) properties evidenced ATP12A as a major player in the regulation of ASL pH and viscosity, with its inhibition-producing effects considered beneficial for CF.
In conclusion, this study indicates that targeting the ATP12A proton pump could provide novel therapeutic opportunities for CF. To start the search for drug candidates in vitro models with functional expression of ATP12A were developed and an antisense-drug approach aimed at ATP12A suppression was designed.
Pubblicazioni
Abstract presentati a congressi scientifici
