La proteina p62, una proteina multitasking con molteplici funzioni cellulari, è al centro di nuove scoperte scientifiche che ne rivelano il ruolo chiave in processi vitali sia per le cellule tumorali che per la risposta immunitaria contro le infezioni batteriche.
Il Ruolo di p62 nel Cancro
Che cosa rende i tumori così aggressivi e difficili da trattare? In una parola: il caos. La maggior parte delle cellule tumorali è caratterizzata da quella che viene chiamata instabilità cromosomica, che consiste nell’alta frequenza di errori nel modo in cui i cromosomi si ridistribuiscono tra le cellule figlie durante la divisione cellulare.
La ricerca ha identificato il ruolo di p62 nella creazione di caos cellulare, che promuove la crescita e la diffusione delle cellule tumorali. Alti livelli di questa proteina sono collegati a una prognosi peggiore, facendo di p62 un nuovo prezioso marcatore nella lotta contro i tumori.
Uno studio italiano ha messo in luce come i tumori riescano a mantenere le loro funzioni vitali grazie a una proteina chiamata p62. A scoprirlo un team di ricercatori internazionali, guidato da Stefano Santaguida, responsabile del Dipartimento di Oncologia Sperimentale presso l’Istituto Europeo di Oncologia e docente di Biologia Molecolare all’Università Statale di Milano.
Lo studio, finanziato da Fondazione Airc e Fondazione Cariplo, è stato pubblicato sulla rivista Science.
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Instabilità Cromosomica e Micronuclei
Una delle conseguenze dell’instabilità cromosomica è la formazione di micronuclei. Queste sono strutture anomale che si collocano al di fuori del nucleo principale della cellula in cui sono raccolti e protetti i cromosomi. Inoltre, l’instabilità cromosomica porta alla formazione di micronuclei, strutture anomale che si trovano all’esterno del nucleo principale della cellula e contribuiscono al disordine genetico.
Questi hanno una membrana fragile e spesso difettosa, che lascia il DNA esposto al citoplasma. Di conseguenza, il DNA subisce danni continui, creando condizioni ideali per lo sviluppo e la crescita dei tumori.
“Sapevamo da tempo che i micronuclei sono tumorigenici, ma non sapevamo perché. Con il nostro studio abbiamo capito che il problema originario è l’incapacità di riparare l’involucro nucleare e ci siamo impegnati a trovarne la causa” - spiega Santaguida.
Grazie alla collaborazione con il team coordinato da Samuel Bakhoum del Memorial Sloan Kettering Cancer Center di New York, è emerso che i radicali liberi innescano il danno alle membrane dei micronuclei - un danno che non riesce più a essere riparato.
“Abbiamo scoperto che tale incapacità è legata a p62, una proteina multitasking con molteplici funzioni cellulari. Attraverso complessi meccanismi cellulari da noi identificati e caratterizzati nel dettaglio a livello molecolare, abbiamo dimostrato che p62 inibisce l’azione dei ‘riparatori’ dell’involucro nucleare del micronucleo - continua Santaguida - Quest’ultimo, rimasto senza difese, collassa, lasciando il materiale genetico contenuto in balia del caos.
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Senza queste riparazioni, il micronucleo collassa, esponendo i cromosomi al disordine e amplificando l’instabilità cromosomica. Questo processo conferisce alle cellule tumorali numerosi vantaggi, tra cui una maggiore robustezza, una crescita accelerata, una migliore resistenza ai farmaci e una maggiore capacità di diffusione nell’organismo, come sottolinea Santaguida.
Implicazioni Cliniche
La scoperta ha rilevanti implicazioni cliniche, poiché i tumori con alta instabilità cromosomica e livelli elevati di p62 mostrano una prognosi più sfavorevole.
Queste ultime scoperte sono ritenute dalla comunità scientifica un passo avanti importante nella comprensione del processo che porta alla formazione e allo sviluppo dei tumori, tanto da valere addirittura la copertina della rivista. Gli autori sostengono che nel prossimo futuro queste informazioni potranno avere un grosso impatto sulla pratica clinica.
“Parliamo di scoperte che hanno un sicuro valore culturale perché descrivono caratteristiche cellulari che spiegano la crescita e la proliferazione tumorale andando nel dettaglio del ruolo di alcune proteine - conclude Di Maio - Ci sono potenziali applicazioni a livello prognostico, che potrebbero darci possibilità diverse di comunicazione col paziente e di prendere decisioni terapeutiche sulla base del rischio. Non solo, le proteine identificate potrebbero in futuro costituire un target terapeutico, ma non sempre è facile e veloce trovare farmaci in grado di interferire con una determinata via molecolare.
p62 e Autofagia nella Fibrosi Cistica
Un recente studio pubblicato su J Biol Chem dimostra che il difetto di eliminazione di B. cepacia da parte delle cellule del sistema immune, deputate alla distruzione dei batteri dopo l’infezione (i macrofagi), è dovuta ad una intrinseca incapacità di queste cellule di trasportare il batterio nelle stazioni intracellulari di degradazione (i lisosomi).
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Questo studio è in continuità con un precedente lavoro dello stesso gruppo di ricerca di Amal O. Amer della Ohio State University che ha dimostrato che nei macrofagi (cellule di difesa deputate a inglobare e distruggere batteri) di topi con la mutazione DF508 della CFTR, i vacuoli intracellulari che circondano la B. cepacia dopo l’infezione non acquisiscono alcuni marcatori che segnalano ai vacuoli stessi di fondersi con i lisosomi per degradare il batterio, come avviene nei controlli.
Questi “segnali”, carenti nei macrofagi FC, sono proteine coinvolte nel processo di autofagia, un meccanismo complesso che le cellule adottano per far fronte a vari tipi di stress, per eliminare organelli intracellulari danneggiati o molecole alterate, nonché per proteggere la cellula da infezioni batteriche e per modulare la risposta immune innata.
E’ noto che un difetto di autofagia caratterizza le cellule epiteliali bronchiali e le vie respiratorie di topi FC e di pazienti omozigoti per la DF508 CFTR. L’inibizione dell’ autofagia in FC e’ dovuta alla mancata disponibilità di una proteina cruciale nella formazione dei vacuoli autofagici (autofagosomi) causata dal fatto che questa proteina (Beclin-1) e’ spiazzata dalla sua sede fisiologica di attività e intrappolata in aggregati intracellulari (aggresomi).
Questo processo di aggregazione di proteine coinvolge anche proteine ad attività antiinfiammatoria, oltre alla stessa DF508, ed è favorito da una proteina (p62) che si accumula quando l’autofagia è bloccata ed è capace di legarsi a proteine che sono specificamente modificate da molecole (ubiquitine) che “segnalano” degradazione.
In questo studio, gli autori dimostrano che il difettivo riconoscimento della B. cepacia da parte del sistema autofagico è verosimilmente imputabile proprio al p62. La deplezione di p62, infatti, ripristina la capacità del macrofago di eliminare la B. cepacia dopo l’infezione, così come avviene nei controlli.
Questo effetto e’ apparentemente paradossale in quanto, nei controlli, p62 è essenziale per conferire a vacuoli contenenti batteri la capacità di trasportare il loro contenuto nei lisosomi per la degradazione. Al contrario, p62 inibisce questo processo nei macrofagi FC.
Qualunque sia la spiegazione di questo fenomeno, è rilevante notare come l’inibizione di autofagia, conseguente al difetto funzionale di CFTR, sia coinvolta sia nei meccanismi patogenetici (infiammazione ed infezione) che conducono al progressivo deterioramento della funzione polmonare in FC, che nell’alterazione del traffico intracellulare e della stabilità della DF508.
Il Ruolo della Traduzione RAN nelle Atassie Spinocerebellari
La traduzione non-AUG associata a ripetizione (RAN) nelle malattie da espansione di ripetizione CAG è tossica per le cellule e ne causa la morte. Qual è il responsabile della morte cellulare nelle atassie spinocerebellari causate dalle espansioni delle ripetizioni CAG?
Le espansioni di ripetizione CAG si trovano in molte malattie, tra cui le atassie spinocerebellari (SCA), la malattia di Huntington (HD) e l’atrofia muscolare spinale e bulbare. In queste malattie, il DNA è stato mutato e le sequenze CAG sono ripetute più volte di quanto dovrebbero essere.
In primo luogo, il DNA viene trascritto in molecole di RNA mutanti, che possono formare cluster, chiamati foci, nel nucleo di una cellula e intrappolare proteine che sono responsabili della regolazione dell’RNA. In secondo luogo, l’RNA mutante può essere tradotto in una proteina mutante che contiene un tratto di poliglutammina. Questo tratto di amminoacidi ripetuti di glutammina può interrompere il ripiegamento e la funzione della proteina. In terzo luogo, gli RNA mutanti possono subire un processo unico chiamato traduzione non-AUG associata a ripetizione (RAN) e produrre proteine RAN tossiche.
Le molecole di RNA forniscono alla cellula un set di istruzioni per creare una determinata proteina attraverso un processo chiamato traduzione. Nella traduzione normale o “canonica”, le molecole che creano proteine esaminano l’RNA per un segnale “go” chiamato codone di inizio AUG. Questo segnale viene utilizzato per avviare la sintesi della proteina codificata dall’RNA. Nella traduzione RAN, questo segnale “go” AUG non è richiesto. Invece, le ripetizioni incoraggiano le molecole di traduzione a creare proteine dall’RNA mutante. Poiché non c’è alcun segnale “go” AUG, la traduzione può iniziare in punti inaspettati lungo l’RNA e formare tre diverse proteine RAN mutanti da ogni filamento di RNA.
Nel 2015, Bañez-Coronel e colleghi hanno riferito che le proteine RAN si trovano nei cervelli umani sottoposti ad autopsia di HD vicino alle proteine associate alla morte cellulare e all’infiammazione. Queste proteine sono tossiche nelle cellule e sono presenti nelle regioni cerebrali colpite da HD.
È fondamentale indagare il ruolo dell’RNA mutante e delle proteine RAN prodotte dalle espansioni di ripetizione CAG. In questo modo, possiamo scoprire se e come queste molecole funzionano nella malattia.
Das e colleghi hanno iniziato a estrapolare i contributi dell’RNA ripetuto e delle proteine RAN osservando dove entrambi si trovavano nella cellula. Per iniziare, gli autori hanno osservato che le sequenze di DNA che circondano l’espansione della ripetizione CAG sono vitali per la traduzione RAN. Ciò significa che le sequenze che vengono prima e dopo la ripetizione influenzano se le proteine RAN vengono prodotte o meno. Hanno inoltre scoperto che l’RNA mutante formava cluster sia nel nucleo che nel citoplasma. Non solo, ma le proteine RAN facevano sì che l’RNA si raggruppasse appena fuori dal nucleo della cellula.
I ricercatori hanno scoperto che le proteine associate all’aggregazione proteica e alla malattia neurodegenerativa si raggruppano con aggregati RNA-RAN. Queste proteine, p62, TDP-43 e FUS, si aggregano o non sono nel posto giusto in molteplici malattie neurodegenerative.
Un altro metodo per interrompere la funzione cellulare è interferire con il trasporto. Il nucleo di una cellula invia e riceve costantemente merci. Le porte utilizzate per trasportare le merci sono chiamate pori nucleari. I pori nucleari circondano il nucleo e sono essenziali per il corretto funzionamento della cellula.
Per indagare su questa questione, gli autori hanno esaminato una proteina chiamata RanGTP1, che è coinvolta nel trasporto nucleare. Hanno scoperto che questa proteina non si trovava nel posto in cui avrebbe dovuto essere attorno al nucleo. Gli autori hanno inoltre osservato il flusso di molecole dentro e fuori dal nucleo e hanno visto che molte molecole che avrebbero dovuto entrare nel nucleo non erano in grado di farlo.
Gli aggregati proteici RNA-RAN sono dannosi per le cellule e intrappolano le proteine regolatrici dell’RNA, oltre a disturbare il trasporto dei contenuti nucleari-citoplasmatici.
La domanda successiva che gli autori si sono posti è stata: quale molecola sta determinando la tossicità in queste cellule? È principalmente l’RNA ripetuto o sono principalmente le proteine RAN? Per cercare questa risposta, Das e colleghi hanno progettato molecole che si legano all’RNA mutante e impediscono la traduzione di RAN. Ciò ha causato una significativa diminuzione dei livelli di proteine RAN e dei cluster di RNA citoplasmatico. Impedire la traduzione di RAN ha consentito a TDP-43 di essere localizzato nel suo posto appropriato nella cellula e ha ridotto la morte cellulare.
La traduzione di RAN nel campo dell’atassia spinocerebellare è ancora relativamente nuova. Storicamente, nelle malattie da espansione delle ripetizioni CAG, l’attenzione si è concentrata sull’impatto delle proteine espanse con poliglutammina e su come le loro funzioni cambiano con l’espansione delle ripetizioni.
I ricercatori stanno lavorando attivamente per scoprire il ruolo delle proteine RAN nelle SCA espanse con CAG.
Das, MR, Chang, Y., Anderson, R., Saunders, RA, Zhang, N., Tomberlin, CP, … & Jain, A. (2023). La traduzione non-AUG associata a ripetizione induce l’aggregazione citoplasmatica di RNA contenenti ripetizione CAG.
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