Evidenze sperimentali suggeriscono che i lipidi (grassi) cellulari hanno un ruolo importante in fibrosi cistica (FC), in particolare nello stabilizzare il canale CFTR sulla membrana plasmatica. Le cellule con la mutazione F508del su CFTR sono infatti caratterizzate da un’alterazione del contenuto lipidico, soprattutto per quanto riguarda sfingolipidi e colesterolo.
Quando le cellule con CFTR mutato sono trattate con il farmaco Kaftrio, il recupero di CFTR operato dal farmaco è accompagnato da un aumento del contenuto di una classe di sfingolipidi, i gangliosidi. In particolare, è stato osservato un aumento del ganglioside GM1, che interagisce direttamente con CFTR ed è deficitario nelle cellule FC.
In precedenza i ricercatori hanno dimostrato che la somministrazione di GM1 migliora la stabilità e l’attività del canale CFTR con mutazione F508del in presenza del farmaco Orkambi (lumacaftor/ivacaftor). All’interno di questo progetto si è osservato lo stesso effetto a seguito del trattamento con il Kaftrio.
In fibrosi cistica, le infezioni da Pseudomonas aeruginosa compromettono l’effetto benefico dei modulatori di CFTR. Si è visto che la somministrazione esogena di GM1 diminuisce l’effetto negativo dell’infezione, aumentando la stabilità di CFTR e riducendone il turnover.
Inoltre, al fine di aumentare i livelli cellulari di colesterolo, cellule con CFTR mutato con F508del sono state trattate con il Kaftrio in combinazione con particolari lipoproteine umane, cioè molecole formate da una proteina e lipidi di varia natura. Nel progetto sono state usate HDL e LDL e si è osservato che le lipoproteine, in particolare le LDL, sembrano coadiuvare il Kaftrio nel recupero di CFTR.
Sulla base di questi dati, la co-somministrazione di GM1 e/o colesterolo con i modulatori di CFTR potrebbe rappresentare una strategia innovativa per migliorare l’efficacia di questi ultimi nel migliorare la stabilità sulla membrana plasmatica del canale mutato, anche in presenza di infezioni da Pseudomonas aeruginosa.
With our research project we aimed to investigate the effect of the lipid environment on the rescue of F508del CFTR. Indeed, several lines of evidence suggest an important role of cell lipids in cystic fibrosis (CF), particularly for their involvement in the stabilization of CFTR channel within the plasma membrane. CF cells carrying the mutation F508del are in fact characterized by alteration in lipid content, especially regarding sphingolipids and cholesterol.
Interestingly, we found that when CF cells are treated with the new drug combination Kaftrio, the rescue of CFTR is accompanied by an increase of a particular class of sphingolipids, gangliosides. In particular, we observed an increase in GM1, a ganglioside we demonstrated to directly interact with CFTR and be defective in CF cells.
We already demonstrated that the additional administration of GM1 improves the stability and activity of F508del CFTR rescued by Orkambi (lumacaftor/ivacaftor) and, with the present project, we observed that the treatment with GM1 enhances the plasma membrane stability of the mutated CFTR also in cells treated with Kaftrio. Unfortunately, in CF the beneficial effects of CFTR modulators is compromised by Pseudomonas aeruginosa (Pa) infections. However, the exogenous administration of the ganglioside GM1 decreases the negative effect of Pa infection, increasing the plasma membrane stability of rescued channel and reducing its turnover.
Furthermore, with the aim to increase the cellular levels of cholesterol, we treated F508del cells with Kaftrio in combination with human lipoproteins (HDL or LDL). These particles, especially LDL, seem to exhibit an adjuvant role to Kaftrio for the CFTR rescue. Based on these data, the co-administration of GM1 and/or cholesterol and CFTR modulators could be considered as an innovative strategy to ameliorate the effectiveness of the CF drugs on the plasma membrane stability of mutated CFTR, even when Pa infections are present.
Abstract presentati a congressi scientifici
Pubblicazioni
Cafora, Marco et al. Evaluation of phages and liposomes as combination therapy to counteract Pseudomonas aeruginosa infection in wild-type and CFTR-null models, Frontiers in microbiology vol. 13 979610. 15 Sep. 2022
