Le specie reattive dell’ossigeno (ROS) sono prodotti in percentuale trascurabile dal normale metabolismo cellulare, che prevede l’ossidazione di nutrienti quali glucosio e lipidi a livello dei mitocondri (organuli intracellulari) e la produzione di ATP, principale fonte energetica della cellula. Tuttavia una eccessiva presenza di ROS può rappresentare un potenziale danno per la cellula in quanto potrebbe danneggiare il DNA e le proteine della cellula stessa. L’autofagia è un processo catabolico (meccanismo di consumo) che normalmente viene usato dalle cellule quale principale meccanismo di regolazione del turnover (ricambio) dei componenti del citoplasma e di rimozione selettiva di sostanze dannose alla cellula o di organelli danneggiati mediante l’avviluppamento delle sostanze di scarto in un complesso definito “autofagosoma” e la fusione di esso con un “lisosoma” che, al suo interno, presenta enzimi capaci di degradare tali catataboliti.
Studi recenti hanno evidenziato come l’autofagia non sia un semplice processo di degradazione ma piuttosto un meccanismo cellulare essenziale per il corretto mantenimento della omeostasi (equlibrio) cellulare e del bilancio energetico della cellula.
In cellule delle vie aeree recanti la mutazione F508del CFTR (cellule FC) è stata evidenziata una aumentata produzione di ROS e una pronunciata diminuzione dell’autofagia, con conseguente alterazione dei sistemi proteici implicati nel traffico e degradazione delle proteine cellulari. Un gruppo di ricercatori italiani, insieme a colleghi americani e francesi (1) hanno studiato i complessi meccanismi cellulari responsabili dell’inibizione dell’autofagia riscontrata in cellule FC.
E’ stato evidenziato come l’iperproduzione di ROS sia responsabile della modificazione della proteina “transglutaminasi tissutale 2” (TG2) in modo da impedirne la degradazione e aumentarne i livelli di attivazione. Gli aumentati livelli cellulari di TG2 sono, a loro volta, responsabili della formazione di aggregati di proteine che sequestrano proteine importanti nella induzione della autofagia quali beclin-1 e, pertanto, riducono l’autofagia. La diminuita autofagia dà luogo all’accumulo della proteina p62 che favorisce la formazione di aggregati proteici che possono ostacolare il traffico della proteina F508del CFTR verso la membrana cellulare, innescando così un circolo vizioso che porta ad un ulteriore aumento della produzione dei ROS, dei livelli di TG2 e dell’infiammazione.
L’obiettivo successivo di questa linea di ricerca è stato quello di vedere se il ripristino dei normali livelli di beclin-1 e dell’autofagia fossero in grado di promuovere la maturazione della proteina mutata F508del CFTR e di ripristinarne la localizzazione sulla membrana plasmatica. I ricercatori hanno evidenziato che, trattando le cellule FC con cistamina, inibitore della TG2, o inibendo l’espressione di p62, si otteneva un ripristino dell’omeostasi cellulare, normalizzazione dei livelli di autofagia, di beclin-1 e, interessantemente, maturazione della proteina F508del CFTR con conseguente ripristino funzionale della proteina mutata sulla membrana plasmatica. Riveste inoltre un notevole interesse di potenzialità terapeutica l’aver dimostrato che il ripristino della proteina F508del CFTR sulla membrana rendeva anche più efficace l’azione delle sostanze farmacologiche (potenziatori) che attivano la secrezione di cloruro attraverso la proteina CFTR.
Un altro importante aspetto della ricerca è stato quello di evidenziare come il difetto dell’autofagia riscontrato in cellule FC fosse correlato con lo stato infiammatorio riscontrato in tali cellule, in quanto il ripristino dei normali livelli di autofagia determinava un diminuito stato infiammatorio.
I risultati delle ricerche condotte in vitro sono stati confermati dallo stesso gruppo di ricercatori (2) anche su biopsie di polipi nasali di cinque pazienti omozigoti per la mutazione F508del CFTR.
I risultati ottenuti hanno ancora una volta evidenziato come il trattamento prolungato con cistamina fosse in grado di ripristinare la F508del CFTR sulla membrana plasmatica, ridurre lo stato infiammatorio e migliorare l’effetto di un classico potenziatore, la genisteina, nel ripristinare la normale secrezione di cloruro.
1) Vitella V.R., Esposito S., Bruscia EM, Maiuri MC, Raia V, Kroemer G., and Maiuri L.
Targeting the intracellular environment in Cystic Fibrosis: Restoring autophagy as a novel strategy to circumvent the CFTR defect. Frontiers in Pharmacology 2013;4:1. doi: 10.3389/fphar.2013.00001. Epub 2013 Jan 21.
2) Ciani A, Vitella VR, Esposito S, Gavina M, Russo I, Silano M, Guido S, Pettoello-Mantovani M, Carniccio R, De Matteis A, Maiuri MC, Raia V, Luini A, Kroemer G, Maiuri L. Targeting autophagy as a novel strategy for facilitating the therapeutic action of potentiators on F508del cystic fibrosi transmembrane conductance regulator. Autophagy 2012 ,8(11):1657-72