In Italia il 30% delle persone con fibrosi cistica (FC) ha mutazioni non trattabili con farmaci modulatori, definite “mutazioni orfane”. Alcune di queste mutazioni non sono caratterizzate e hanno una sensibilità sconosciuta ai modulatori, mentre per altre esiste già la prova della loro utilità.
Le possibili differenze tra gli individui affetti da FC nella risposta ai farmaci e il crescente numero di modulatori di CFTR in fase di sviluppo preclinico o clinico evidenziano la necessità di modelli predittivi affidabili per testare le terapie per il difetto di base della FC.
I ricercatori hanno raccolto cellule epiteliali nasali usando la tecnica del nasal brushing (spazzolamento della mucosa interna nasale) da circa 200 persone con FC con mutazioni orfane e da 20 individui sani (compresi alcuni portatori di FC).
Le cellule raccolte da persone con FC e dagli individui sani sono state coltivate in laboratorio per aumentarne il numero e fatte differenziare per formare degli “avatar epiteliali”, che replicano le vie aeree.
Gli avatar epiteliali sono stati quindi trattati con i modulatori e analizzati con diverse tecniche elettrofisiologiche: è stato misurato il flusso degli ioni cloruro attraverso l’epitelio per valutare l’attività del canale CFTR; le proteine cellulari sono state separate per capire se CFTR fosse presente in forma immatura o matura; è stato studiato l’mRNA di CFTR, usato dalla cellula come stampo per produrre la proteina CFTR.
I test svolti hanno permesso di capire i meccanismi molecolari e funzionali con cui le mutazioni causano il difetto in CFTR e verificare se siano recuperabili dai modulatori. Si è dimostrato che la mutazione G1244E altera la funzione CFTR con più di un meccanismo e non è recuperabile da un solo potenziatore. Il recupero della mutazione G85E può essere migliorato combinando Kaftrio e un composto preclinico.
Inoltre, sono stati studiati i meccanismi che regolano il recupero della mutazione N1303K, identificando un composto (già in uso terapeutico) che potrebbe essere utile come co-trattamento per N1303K e altre varianti.
Il lavoro dimostra che le cellule nasali derivate da persone con FC sono un ottimo modello per studiare l’effetto delle mutazioni di CFTR. Queste cellule replicano infatti le caratteristiche delle vie aeree e sono fondamentali per studiare e prevedere la risposta cellulare individuale ai modulatori.
In Italy, approximately 30% of people with CF carry mutations that still lack a tailored treatment with CFTR modulator and are therefore defined as “orphan mutations”. Some of these mutations are uncharacterized and have unknown sensitivity to modulators, while for others there is already evidence that they can be rescued.
Possible differences among individuals with CF in their response to drugs as well as the increasing number of CFTR modulators that are in preclinical or clinical development highlight the need for relevant, predictive models for testing CF therapies.
Researchers collected nasal epithelial cells from about 200 people with CF carrying orphan mutations and from about 20 individuals without CF (including some parents of CF patients).
The cells were grown in the laboratory to increase their number and then allowed to form a sort of “epithelial avatars” that mimic patients’ airways.
The epithelial avatars were treated with combinations of modulators and then analyzed using several techniques: they measured chloride ions flow through the epithelium to evaluate CFTR activity, separated cell proteins to see if CFTR was present as an immature (lighter) or mature (heavier) form and, in some cases, analyzed the mRNA, used by the cell as a template to produce CFTR protein.
These tests allowed researchers to gain insights into the molecular and functional mechanisms by which orphan mutations cause CFTR loss of function and to understand if modulators can rescue mutations’ defects.
This study demonstrated that the G1244E mutation alters CFTR function in multiple ways not rescuable by a potentiator alone; it also showed that the G85E mutation rescue by Kaftrio is partial but it can be improved by adding a preclinical modulator. Finally, it allowed researchers to obtain mechanistic insights into the processing and rescue of the N1303K mutation, which differs from F508del: thanks to these observations, a compound (in therapeutic use) that could be useful as a co-treatment for N1303K and other variants was identified.
This work demonstrates that nasal cells derived from people with CF are one of the best models to study the effect of CFTR mutations. Since they replicate in a laboratory dish all the features of people’s airways, these cells are crucial to investigating and predicting the individual cell response to CFTR-modulating drugs.
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