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Recensione di pubblicazione da progetto FFC

5 marzo 2019

Lumacaftor non riesce a recuperare completamente la funzione del canale CFTR

F. Malvezzi

Esperimenti in vitro mostrano che il correttore lumacaftor, contenuto in Orkambi, non recupera il corretto trasporto di bicarbonato (FFC#8/2016 e FFC#12/2016), indispensabile per la giusta composizione e funzione del fluido di superficie epiteliale.

Con questo contributo, diamo conto dei risultati riportati in un recente lavoro, frutto della collaborazione tra l’Istituto Gaslini e il CNR di Genova, pubblicato su Journal of Cystic Fibrosis (1), grazie al sostegno FFC dei progetti FFC#8/2016 e FFC#12/2016. Quest’ultimo, inizialmente coordinato dalla dr.ssa Olga Zegarra, è stato sospeso pochi mesi dopo il suo inizio per la scomparsa improvvisa della responsabile. Il Comitato Scientifico FFC, nella seduta del 7-8 luglio 2017, ha deciso di riprendere il progetto assegnandolo a una nuova responsabile, la dr.ssa Loretta Ferrera, proposta dall’Istituto G. Gaslini di Genova.

In particolare, il progetto FFC#8/2016 aveva come obiettivo lo studio dei meccanismi molecolari dei correttori mentre il progetto FFC#12/2016 aveva come obiettivo lo studio degli effetti di lumafactor, attualmente in commercio come correttore della proteina CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator), sulla proteina stessa e il suo meccanismo d’azione a livello cellulare. Ricordiamo che la proteina CFTR, non solo è responsabile del trasporto di cloruro attraverso la membrana apicale delle cellule epiteliali, ma anche del trasporto di bicarbonato, come evidenziato anche recentemente sulla stessa rivista Journal of Cystic Fibrosis (2). Infatti, in soggetti FC e in modelli animali, si osserva una significativa riduzione di concentrazione di bicarbonato e un conseguente pH basso nei liquidi di superficie delle vie aeree. Nella proposta di progetto, i ricercatori si domandavano se l’effetto terapeutico di lumacaftor potesse consistere nel miglioramento delle proprietà viscoelastiche del muco FC, sapendo che queste proprietà dipendono, oltre che dalla giusta concentrazione di cloruro, anche di quella di bicarbonato nelle vie aeree. I ricercatori hanno quindi deciso di analizzare l’azione del farmaco nei confronti della permeabilità del canale CFTR al bicarbonato, accanto a quella del cloruro, anche perché la pratica clinica ha mostrato che lumacaftor ha un’efficacia limitata rispetto a quanto si sperava inizialmente e ancora oggi non se ne conoscono pienamente le ragioni.

In questo lavoro (1) i ricercatori hanno utilizzato cellule provenienti da tiroide di ratto (FRT), ingegnerizzate in modo che producessero CFTR nativa o quella mutata per la mutazione F508del. In esse hanno misurato, oltre che la permeabilità al cloruro, la permeabilità al bicarbonato. Esaminando la proteina F508del recuperata tramite lumacaftor e la proteina CFTR originale, i ricercatori osservano che c’è una significativa differenza tra le due proteine quando si analizza il rapporto tra la permeabilità al bicarbonato e quella al cloruro. Questo fatto confermerebbe quanto emerso in un lavoro precedente (3), coordinato dal Dott. Oscar Moran, anch’esso risultato di un progetto finanziato da FFC (FFC#4/2014), ossia che, per quanto il correttore in questione – lumacaftor – porti benefici, tuttavia la struttura tridimensionale della proteina CFTR non viene corretta completamente a opera del farmaco, ragione per cui la permeabilità al bicarbonato risulta diversa da come ci si aspetterebbe.

Gli autori concludono che il comportamento osservato sarebbe consistente con l’osservazione clinica che il lumacaftor ha effetti mediamente limitati sui pazienti, e indurrebbe ad appoggiare piuttosto l’intervento con una combinazione sinergica di correttori, che insieme siano capaci di recuperare in modo completo e adeguato la struttura della proteina, andando ad agire su sulle sue diverse parti e quindi consentendo una equilibrata secrezione sia di cloruro che di bicarbonato. È quindi un lavoro che mostra come la ricerca di base possa aiutare a spiegare che cosa succede nella pratica clinica e a orientare il perfezionamento degli interventi terapeutici, come in parte sta già avvenendo per il recupero della funzione CFTR.

Estendendo un po’ il discorso, noi possiamo aggiungere che osservare solo un aumento del trasporto di cloruro attraverso le cellule epiteliali bronchiali delle vie aeree FC, potrebbe forse non essere sufficiente per concludere che la proteina CFTR funzioni correttamente.

Progetti FFC#8/2016 e FFC#12/2016, finanziati grazie al supporto di Delegazione FFC di Genova, Delegazione FFC di Pomezia Roma, Delegazione FFC di Massafra con Delegazione FFC di Taranto e Gruppo di Sostegno FFC di Alberobello, Delegazione FFC di Palermo.

A new paper has been published thanks to the support from FFC#8/2016 and FFC#12/2016. The last one was originally granted to the late Dr. Olga Zegarra, it is now coordinated by Dr. Loretta Ferrera.
Deletion of phenylalanine at position 508, F508del, the most frequent mutation among Cystic fibrosis (CF) patients, destabilizes the protein, thus causing both a folding and a trafficking defect, resulting in a dramatic reduction in expression of CFTR. In vitro treatment with lumacaftor produces an enhancement of anion transport in cells. Here the researchers (1) studied the permeability properties of the CFTR mutant F508del treated with the corrector lumacaftor, showing that the rescued protein has selectivity properties different than the wild type CFTR, with an augmented bicarbonate permeability. This difference would indicate a diverse conformation of the rescued F508del-CFTR, that could mirror an improper regulation of the airway surface liquid, lessening the efficacy of the corrector. These findings rather support the idea that a combination of correctors would be required to address the CFTR-dependent bicarbonate permeability, and that rescued chloride transportation in vitro experiments may not be sufficient to claim the rescue of CFTR function.

1) Ferrera L, Baroni D, Moran O. Lumacaftor-rescued F508del-CFTR has a modified bicarbonate permeability. J CystFibros. 2019 Feb 6. pii: S1569-1993(18)30927-5. doi: 10.1016/j.jcf.2019.01.012. [Epub ahead of print]
2) Kunzelmann K, Schreiber R, Hadorn HB. Bicarbonate in cystic fibrosis. J Cyst Fibros. 2017 Nov;16(6):653-662. doi: 10.1016/j.jcf.2017.06.005. Epub 2017 Jul 18.
3) Baroni D, Zegarra-Moran O, Moran O. Functional and pharmacological induced structural changes of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator in the membrane solved using SAXS. Cell Mol Life Sci. 2015 72:1363-75