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7 dicembre 2018

Sinergia tra correttori che ricostruiscono la struttura nativa della proteina CFTR

F. Malvezzi

Forse non tutti sanno che a garantire la funzione corretta di una proteina è la sua struttura tridimensionale, ossia il modo in cui la catena di aminoacidi, sintetizzata a partire dal corredo genetico, si ripiega su se stessa per assumere una precisa conformazione finale (con tre dimensioni nello spazio: altezza, larghezza, profondità), che nel caso della CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) è la conformazione a canale. Una proteina mal-strutturata non funziona o funziona male o addirittura non raggiunge la sua sede d’azione (difetto di trafficking). Causa dell’incapacità di conformarsi e migrare alla membrana può essere anche solo la mutazione di un singolo aminoacido dell’intera catena proteica, che ne contiene, nel caso della CFTR, ben 1.480. Questo processo di ripiegamento (acquisizione di forma) della catena di aminoacidi si chiama folding, parola inglese molto usata dai biochimici e tutti coloro che studiano la struttura delle proteine. Un’azione importante che svolgono, o dovrebbero svolgere, i farmaci chiamati correttori è agire sulla catena di aminoacidi in modo da ripristinare il giusto folding della catena CFTR. Si tratta di un’osservazione che ha portato i ricercatori a pensare a un’azione sinergica di più correttori insieme, come possibile soluzione terapeutica. Essi, agendo su diverse parti della CFTR, dovrebbero riuscire a “metterla in forma”, facendole riguadagnare la struttura nativa e quindi la corretta collocazione (sulla membrana apicale della cellula) e funzione.

Abbiamo già descritto più volte su questo sito la struttura tridimensionale della CFTR funzionante: è una molecola caratterizzata da cinque domini (unità principali della molecola). Due domini attraversano la membrana cellulare (MSD1 e MSD2), mentre all’interno della cellula ci sono due domini indicati con le sigle NBD1 e NBD2; infine la molecola possiede anche un dominio regolatore R – si veda in un articolo già pubblicato l’immagine della proteina (1). Ad oggi, i correttori approvati e commercializzati vanno a costituire i farmaci chiamati Orkambi e Symkevi: Orkambi sappiamo portare benefici modesti su pazienti omozigoti F508del, la mutazione più frequente del gene CFTR; Symkevi è di recente immissione sul mercato europeo e forse un po’ più efficace, ma sicuramente la necessità di migliori correttori è sentita dalla comunità scientifica internazionale e dai pazienti. Studiare in che modo i correttori si legano alla proteina sembra la strada per ottenerne di più efficaci: i più recenti sviluppi vedono infatti trial clinici in cui due correttori sinergizzano tra loro e con il potenziatore ivacaftor, e sono indirizzati ad una popolazione molto più ampia di malati rispetto a quella degli omozigoti F508 del dei primi composti correttori.

La ricerca mondiale ha individuato altri composti correttori, non ancora commercializzati. Recentemente, un nuovo lavoro canadese francese e americano (2), mostra che i composti che si indirizzano a diversi difetti strutturali di CFTR possono agire in sinergia e in questo modo recuperare in modo molto più efficace l’espressione e la funzione in membrana della CFTR mutata. Da un punto di vista meccanicistico, tutti i correttori analizzati nel lavoro (2) si legano a qualche zona specifica della CFTR, in particolare: i correttori definiti di tipo 1 favorirebbero la corretta formazione delle interfacce tra i domini NBD1 e MSD1, NBD2 e MSD2; i correttori di tipo 2 invece si indirizzerebbero al dominio NBD2 e infine i correttori di tipo 3 favorirebbero il ripiegamento del dominio NBD1.
Forti delle conoscenze strutturali acquisite, gli autori del lavoro (2) sono andati a cercare molecole che sinergicamente agissero su domini differenti della CFTR, in modo da recuperarne la struttura tridimensionale e quindi la funzione. Attraverso uno screening ad alto livello di circa 600.000 composti sono state infatti trovati composti correttori attribuiti alle classi 1, 2 e 3. Presi individualmente, questi composti recuperano solo in modo marginale l’efficienza di folding della F508del, e di conseguenza la sua funzione e la sua stabilità, ma la loro tripla combinazione sembra portare un netto recupero della proteina, in cellule umane immortalizzate dell’epitelio delle vie aeree e in epiteli nasali murini. In particolare, per confermare l’efficacia della tripla combinazione di correttori nel tessuto umano, la funzione CFTR è stata monitorata in cellule bronchiali primarie di cinque malati FC omozigoti per F508del e cinque donatori senza malattia FC.

Questo approccio (2), mirato a individuare difetti distinti di maturazione/ripiegatura di F508del-CFTR e andare a combatterli con combinazioni di molecole a diverso punto di attracco sulla proteina, ha mostrato di poter ripristinare la funzione di CFTR mutata fino al 50% del valore normale in soggetti omozigoti, quindi con due copie della mutazione F508del. È un valore ritenuto sufficiente per alleviare e teoricamente per annullare le manifestazioni cliniche della malattia, tenendo a mente che i portatori sani FC (eterozigoti con una sola copia della mutazione F508del, che hanno quindi il 50% di funzione CFTR complessiva) sono del tutto asintomatici. A questi concetti si stanno ispirando le nuove formulazioni terapeutiche, basate al momento su due correttori e un potenziatore.

1) Composti analoghi di Trimetilangelicina (TMA) per correggere e potenziare CFTR
2) Veit G, Xu H, Dreano E, Avramescu RG, Bagdany M, Beitel LK, Roldan A, Hancock MA, Lay C, Li W, Morin K, Gao S, Mak PA, Ainscow E, Orth AP, McNamara P, Edelman A, Frenkiel S, Matouk E, Sermet-Gaudelus I, Barnes WG, Lukacs GL. Structure-guided combination therapy to potently improve the function of mutant CFTRs. Nat Med. 2018 Nov;24(11):1732-1742. doi: 10.1038/s41591-018-0200-x. Epub 2018 Oct 8.