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Recensione di pubblicazione da progetto FFC

27 agosto 2018

Composti analoghi di Trimetilangelicina (TMA) per correggere e potenziare CFTR

Flaminia Malvezzi

Abbiamo già parlato della promettente trimetilangelicina (TMA), un derivato da composti naturali chiamati psoraleni (ricavati da piante), in grado di esplicare azione antinfiammatoria, ma anche di correggere la proteina CFTR difettosa per mutazione F508del, favorendone il posizionamento sulla membrana plasmatica e potenziandone il trasporto di cloruro (1). Per migliorare l’attività di TMA e per ridurre alcuni noti effetti citotossici della molecola originale, i ricercatori avevano anche analizzato dei suoi analoghi (composti derivati da opportune modifiche chimiche del composto originale), individuandone di promettenti (2). È stato recentemente pubblicato un nuovo lavoro (3) frutto del progetto FFC 1/2016, coordinato da Adriana Chilin dell’Università di Padova, in cui si descrivono alcuni analoghi di TMA con doppia azione di correttore e potenziatore di CFTR mutata. Più in particolare, con l’inserimento di piccole modifiche nella struttura nativa della molecola TMA, i ricercatori sono riusciti a preservare gli effetti di correzione sulla CFTR e le proprietà di potenziamento del canale cloruro, al tempo stesso evitando gli effetti tossici di fotoreattività (reazione indotta sulla molecola in presenza di radiazione solare) e mutagenicità (modificazione del materiale genetico), che erano stati osservati quali effetti indesiderati della TMA nativa. Le modificazioni strutturali del TMA mantengono la capacità di modulare l’attività di CFTR della molecola madre, portando addirittura ad avere modulatori più efficaci e potenti, promettenti per il trattamento di FC. Ma come e dove agiscono queste molecole nel correggere la struttura della CFTR? Il lavoro (3) risponde a questa domanda, con lo scopo di capire meglio il meccanismo d’azione più in generale dei modulatori di CFTR.

Ricordiamo che la CFTR è una molecola caratterizzata da cinque domini (unità principali della molecola): due domini attraversano la membrana cellulare (MSD1 e MSD2), e hanno quattro segmenti (loop) collocati nel citoplasma, all’interno della cellula (ICL – Intracellular loop); all’interno della cellula ci sono poi due domini che si chiamano NBD1 e NBD2 e infine un dominio regolatore R (Figura 1).

CFTR
Figura 1. Rappresentazione schematica di CFTR, una proteina composta da 1480 aminoacidi, addetta al trasportato di cloruro, costituita da alcune strutture chiamate “domini”. Due domini attraversano la membrana apicale della cellula (MSD1 e MSD2, con funzione di canale per il cloro), e sono dotati di quattro tratti (loop) intracellulari (ICL, Intracellular loop, ICL1, ICL2, ICL3, ICL4); all’interno della cellula si trovano altri tre domini: NBD1 e NBD2 (deputati a fornire l’energia per il funzionamento del canale) e un dominio regolatore R. I composti analoghi di TMA agiscono a livello di MSD1 stabilizzando indirettamente l’interfaccia fra NBD1 e ICL4.

È già noto che TMA, come lumacaftor (correttore contenuto in Orkambi), agisce direttamente a livello del dominio MSD1 di CFTR. I dati riportati nel lavoro (3), dimostrano che lo stesso tipo di interazione con il dominio MSD1 lo si ha utilizzando gli analoghi. Il recupero della funzione F508del-CFTR da analoghi TMA è stato misurato utilizzando cellule di natura diversa, tra cui le epiteliali bronchiali umane F508del, per verificare che l’effetto del correttore non dipendesse dal modello cellulare. Nell’ambito dello studio (3), è stato inoltre dimostrato che sia TMA che i suoi analoghi recuperano F508del-CFTR stabilizzando indirettamente l’interfaccia tra NBD1 e il quarto loop intracellulare di MSD2 (ICL4- si veda figura 1). Gli esperimenti riportati dimostrano questo specifico meccanismo d’azione, che si riscontra essere diverso da quello di lumacaftor.

In conclusione, gli analoghi della TMA descritti in questo studio presenterebbero numerosi vantaggi che li rendono agenti terapeutici promettenti in fibrosi cistica. Si è scoperto che sono potenti modulatori, privi degli effetti tossici della TMA madre, che agiscono legandosi al dominio MSD1 della CFTR, stabilizzando in modo particolare l’interfaccia tra NBD1 e ICL4, facilitando così il corretto ripiegamento della proteina e prevenendone la prematura degradazione.
Non è usuale disporre di conoscenze così dettagliate per quanto riguarda il meccanismo d’azione dei nuovi modulatori di CFTR e in questo ambito lo studio rappresenta un importante avanzamento. Rimane naturalmente l’attesa di conferme da parte di altri gruppi di ricerca.

Studio da progetto FFC 1/2016 coordinato da Adriana Chilin dell’Università di Padova, con il contributo di Delegazione FFC di Rovigo, Boschi Sant’Anna Minerbe, Lago di Garda, Guadagnin srl, Gruppi di Sostegno di Arezzo, Isola Bergamasca e Chivasso.

The present paper (3) was supported by FFC 1/2016 and reports the results obtained modifying specific structural features on the Trimethylangelicin (TMA) scaffold and generating compounds with similar correction and potentiation activity and with no mutagenicity and phototoxicity. Nanomolar concentrations of these analogs significantly rescued F508del CFTR-dependent chloride efflux in FRT-YFP-F508del, HEK-293 and CF bronchial epithelial cells. The researchers investigated the ability of TMA analogs to enhance the stable expression of varying CFTR truncation mutants in HEK-293 cells, with the aim of studying the mechanism of their corrector activity. Not surprisingly, MSD1 was the smallest domain stabilized by TMA analogs, as previously observed for TMA. Moreover, they found that TMA analogs were not effective on F508del-CFTR protein when it was already stabilized through another ligand at the NBD1-ICL4 interface, clearly suggesting that they act only on that interface. On the contrary, lumacaftor corrects F508del-CFTR by modifying multiple intramolecular interactions. Altogether, the findings demonstrate that these TMA analogs mediate correction by modifying MSD1 and stabilizing the interface between NBD1 and CL4.

1) Recupero della funzione di CFTR F508del ad opera di TMA
2) Trentotto analoghi di TMA per trovare la molecola più efficace con effetto antinfiammatorio in FC
3) Laselva O, Marzaro G, Vaccarin C, Lampronti I, Tamanini A, Lippi G, Gambari R, Cabrini G, Bear CE, Chilin A, Dechecchi MC. Molecular Mechanism of Action of Trimethylangelicin Derivatives as CFTR Modulators. Front Pharmacol. 2018 Jul 4;9:719. doi: 10.3389/fphar.2018.00719. eCollection 2018.