La proteina CFTR è espressa sulla superficie delle cellule epiteliali, dove funziona come canale ionico, permettendo il passaggio di cloruro e altri anioni. E’ stato dimostrato che CFTR interagisce con numerose altre proteine, le quali si agganciano fisicamente ai suoi estremi (per semplicità l’inizio, detto N-terminale, e la fine, detta C-terminale, di CFTR). In particolare, nel C-terminale di CFTR esiste una sequenza di aminoacidi (i mattoncini che compongono le proteine), in grado di riconoscere e legare delle particolari sequenze (chiamate domini PDZ) presenti anche in altre proteine. E’ il legame con alcune speciali proteine che favorisce l’arrivo di CFTR in membrana, aumenta la possibilità che sia ri-esposta nella sede d’azione anche dopo la sua internalizzazione (cioè la rimozione dalla membrana stessa), e inoltre esercita una funzione di regolazione dell’attività di CFTR. Nelle cellule dell’epitelio delle vie aeree è importante il legame che CFTR stabilisce con un complesso multiproteico, composto da proteine chiamate NHERF1, ezrin e F-actina. Il complesso agisce nei pressi della membrana cellulare, ed è collegato al citoscheletro cellulare (una sorta di scheletro della cellula). In pratica possiamo immaginarlo come una specie di sistema di ancoraggio, a sua volta fissato allo scheletro della cellula, a cui possono legarsi varie proteine che hanno sede d’azione sulla membrana cellulare. Il C-terminale di CFTR si lega a tale complesso attraverso le sequenze PDZ e in questo modo l’intera CFTR è più stabile sulla membrana. Inoltre, la proteina ezrin, che costituisce il nodo centrale del sistema di ancoraggio, è a sua volta collegata a un’altra proteina, chiamata PKA, e la mantiene in vicinanza di CFTR, permettendo la regolazione dell’attività di CFTR da parte di PKA a seguito dell’aumento di una molecola segnale chiamata AMP ciclico (cAMP). Questo cAMP è una molecola chiave che dà inizio alla sequenza di eventi che culmina nell’attivazione di CFTR.

Nelle cellule dove è presente la CFTR mutata, in particolare quando è presente la mutazione F508del, c’è un rilevante sovvertimento: il citoscheletro è parzialmente disorganizzato e le proteine NHERF1 e ezrin, invece di essere assemblate nel sistema di ancoraggio, sono disperse all’interno della cellula, dove ezrin permane in uno stato inattivo.
Il gruppo di ricerca coordinato della prof.ssa Valeria Casavola, dell’Università di Bari, da anni studia le interazioni fra CFTR e il complesso multiproteico NHERF1-ezrin-actina. Recentemente questi ricercatori hanno focalizzato l’attenzione sul ruolo che l’attivazione di ezrin gioca nel recupero dell’espressione e della funzione di F508del-CFTR e sull’interazione, a livello della membrana cellulare, con la PKA e l’organizzazione del citoscheletro (1). Gli autori, utilizzando due particolari mutanti di ezrin (prodotti da due diverse mutazioni geniche di questa proteina), uno che simula la forma attivata e l’altro che, al contrario, non può essere attivato, hanno dimostrato che solo la forma attiva di ezrin può localizzarsi nei pressi della membrana cellulare e partecipare alla formazione del complesso multi-proteico. E inoltre che CFTR viene espressa sulla membrana e interagisce con NHERF1 solo quando le cellule esprimono la forma attiva di ezrin. Attraverso sofisticati esperimenti, gli autori hanno poi evidenziato come, solo in presenza della forma attiva di ezrin, si ha, nei pressi della membrana cellulare, un aumento della proteina PKA e una maggior produzione della molecola segnale cAMP, indispensabile per l’attivazione di CFTR.

I ricercatori hanno quindi verificato se i correttori, in particolare il VX-809 (conosciuto anche come lumacaftor) e la trimetilangelicina (TMA), influenzassero in qualche modo questi processi, scoprendo che i correttori sono in grado non solo di favorire la maturazione della CFTR mutata, ma anche di migliorare e aumentare la localizzazione nei pressi della membrana cellulare sia di PKA sia di cAMP. Però l’effetto è evidente solo in presenza della forma attiva di ezrin, ed implica anche la riorganizzazione del citoscheletro.

Questi risultati gettano una luce sulla complessità dei possibili meccanismi di azione per correggere la CFTR mutata. Infatti, oltre a promuovere la maturazione della F508del-CFTR, c’è bisogno anche di migliorarne la stabilità in membrana e di aumentarne la funzione. A tal fine, il complesso multiproteico NHERF1-ezrin-actina potrebbe costituire un valido bersaglio per terapie combinate, in quanto la sua modulazione, di concerto con correttori del difetto di maturazione, potrebbe portare a miglioramenti sensibili e terapeuticamente apprezzabili.

Studio coordinato dalla Prof. Valeria Casavola del Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e Biofarmaceutica, Università di Bari, derivato dal progetto FFC 01/2013 e finanziato da FFC grazie al supporto di Delegazione FFC di Vicenza (ndr).

1. Abbattiscianni AC, Favia M, Mancini MT, Cardone RA, Guerra L, Monterisi S, Castellani S, Laselva O, Di Sole F, Conese M, Zaccolo M, Casavola V. Correctors of mutant CFTR enhance subcortical cAMP/PKA signaling via ezrin phosphorylation and cytoskeleton organization. J Cell Sci. 2016 Jan 28. pii: jcs.177907.