Recensione di pubblicazione da progetto FFC
Il corretto ripiegamento delle proteine è essenziale per la loro funzione biologica: un loro errato assemblaggio causa un ampio spettro di malattie, tra cui la fibrosi cistica (FC).
La fibrosi cistica si verifica quando la proteina CFTR non viene prodotta correttamente o non viene prodotta affatto a causa di mutazioni a livello del DNA. La mutazione più comune, chiamata F508del, altera proprio la capacità di CFTR di ripiegarsi in una struttura tridimensionale funzionale: ciò comporta la sua degradazione da parte dei meccanismi di controllo della cellula e la piccola quantità che riesce comunque a raggiungere la membrana plasmatica è instabile e mostra difetti di gating.
Lumacaftor (VX-809) è un correttore di CFTR presente assieme a ivacaftor nel farmaco Orkambi. Agisce aiutando la proteina ad acquisire una forma corretta: in questo modo, CFTR riesce a raggiungere la superficie cellulare ed è in grado di esercitare, fino a un certo livello, il suo ruolo. Non è noto se il trattamento con lumacaftor influisca, oltre che sulla proteina CFTR, anche su altre proteine all’interno della cellula.
Recentemente sono stati pubblicati sulla rivista Cells (qui) i risultati di una serie studi finanziati, da FFC Ricerca (FFC#1/2018, FFC#1/2019, FFC#1/2021) e condotti dal gruppo di ricerca di Andrea Armirotti dell’IIT assieme al Istituto Giannina Gaslini di Genova e all’Università di Cambridge (UK), riguardanti gli effetti di lumacaftor sui livelli e la localizzazione di proteine diverse da CFTR, in cellule delle vie aeree con la mutazione F508del cresciute in laboratorio.
Sono state analizzate più di tremila proteine e si è visto che dopo 24 ore di trattamento con lumacaftor alcune di queste cambiavano localizzazione e che in questo spostamento era coinvolto un particolare compartimento della cellula, il mitocondrio. I mitocondri sono gli organelli responsabili della produzione dell’energia necessaria alla cellula per crescere e riprodursi e sono coinvolti nello stress ossidativo. Il loro ruolo in fibrosi cistica è ampiamente studiato dalla comunità scientifica ed è al centro di molte ricerche su questa malattia.
Un’altro dato interessante dello studio pubblicato è che un sottogruppo delle proteine che si spostavano non era mai stato collegato alla fibrosi cistica o al trattamento con i modulatori CFTR.
I risultati presentati in questo lavoro richiamano dunque l’attenzione su un ruolo delle proteine in FC che va oltre la loro abbondanza e ha a che vedere con la loro localizzazione spaziale all’interno della cellula. Questa nuova prospettiva può contribuire a individuare nuove strategie farmacologiche e nuovi bersagli per la cura della fibrosi cistica.
Per saperne di più
Le proteine si formano attraverso un processo che attraversa vari compartimenti di una cellula. Grazie a una particolare tecnica di analisi messa a punto all’Università di Cambridge e chiamata LOPIT-DC (Localization of Organelle Proteins by Isotope Tagging after Differential ultra-Centrifugation) i ricercatori hanno creato una mappa di tutte le proteine presenti nelle cellule dell’epitelio bronchiale umano con la mutazione F508del nel gene CFTR. La mappa è la prima nel suo genere e permette di definire la precisa posizione all’interno di una cellula di circa 5000 proteine. Questo atlante è disponibile online ed è liberamente consultabile da qualunque ricercatore al sito https://proteome.shinyapps.io/.
Inoltre, è stata analizzata la quantità di circa 3432 proteine prodotte da cellule epiteliali bronchiali con la mutazione F508del su CFTR e i dati ottenuti sono stati confrontati con i livelli di espressione misurati dopo un trattamento di 24 ore con lumacaftor.
I risultati dello studio
Dai dati raccolti non emerge un cambiamento rilevante nell’abbondanza delle proteine prima e dopo il trattamento con il correttore. Tuttavia, analizzando le mappe di localizzazione delle proteine prima e dopo l’aggiunta del farmaco, si è visto che un gruppo di proteine cambia la propria localizzazione. In particolare, 45 proteine si sono spostate tra diversi organelli o hanno raggiunto una localizzazione cellulare ben definita spostandosi da più posizioni. In questo gruppo non è presente CFTR, ma il risultato non ha sorpreso i ricercatori in quanto CFTR con F508del risiede principalmente in uno specifico compartimento cellulare chiamato reticolo endoplasmatico e il correttore è in grado di recuperare solo una piccola parte di proteina.
Tra le 45 proteine che si sono spostate con lumacaftor, i ricercatori hanno notato con una certa sorpresa che ben 24 si spostavano da e verso i mitocondri e 13 di queste non erano mai state collegate alla fibrosi cistica prima o al trattamento con i modulatori CFTR.
Osservando più da vicino la posizione dei vari organelli nelle cellule, i ricercatori hanno anche scoperto che a seguito del trattamento con lumacaftor si verificava una estesa riorganizzazione dei mitocondri e dei perossisomi. In particolare, in condizioni di controllo (senza farmaco), nelle cellule con CFTR-F508del i mitocondri erano più compatti e densamente localizzati rispetto alle cellule con CFTR normale; dopo il trattamento con lumacaftor la loro dispersione, struttura e funzione veniva parzialmente ripristinata.
I dati ottenuti sono stati confermati in cellule bronchiali ottenute da polmoni espiantati di pazienti omozigoti per F508del.
Conclusioni dello studio
Dai risultati ottenuti sembra quindi che la correzione farmacologica della proteina CFTR con F508del sia accompagnata da una riorganizzazione spaziale dei mitocondri e dei perossisomi all’interno della cellula. Ulteriori studi sono necessari per comprendere se l’effetto ottenuto con lumacaftor si verifica anche con altri farmaci (per esempio il Kaftrio) e se questa riorganizzazione può essere sfruttata a vantaggio di una migliore funzionalità di CFTR.
