Le infezioni virali croniche nel fegato possono contribuire al formarsi di disfunzioni d’organo e, infine, al cancro al fegato in una progressione invariabilmente caratterizzata da virus che proliferano liberi da restrizioni del sistema immunitario.
Nonostante questa dinamica sia conosciuta da decenni, solo ora la comunità scientifica ha iniziato a comprendere appieno come l’interruzione del segnale molecolare ponga le basi per il cancro al fegato indotto da virus.
In diversi studi cellulari portato avanti presso il College of Medicine della National Taiwan University a Taipei City, gli esperti hanno rilevato che un enzima transmembrana (una proteina incorporata nella cellula con porzioni attive sopra e sotto la superficie cellulare) svolge un ruolo potente nel danneggiare il fegato e le cellule.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista scientifica Science Signaling .
Cancro al fegato: la funzione dell’eparina che danneggia l’organo
L‘enzima che danneggia il fegato si chiama epsina ed è prodotto dall’ospite. Questa proteina aumenta la vulnerabilità al cancro al fegato perché si può definire un traditore biologico, quando è attivo nell’ambiente di un’infezione virale. Sebbene il gruppo di studiosi di Taiwan abbia visto l’attività dannosa in laboratorio quando sono stati studiati due tipi di virus, Sendai e herpes, la principale crisi sanitaria globale che coinvolge infezioni del fegato e cancro è incentrata esattamente sull’epatite B e C.
L’epsina, a quanto pare, non interferisce nemmeno con i virus stessi per creare scompiglio nel fegato, essa danneggia irrevocabilmente una proteina protettiva chiamata STING. Una volta che STING è paralizzato, i virus sono liberi di attaccare il fegato.
“Il nostro studio fornisce nuove intuizioni“, ha dichiarato il dott. Fu Hsin e Helene Minyi Liu: “Le infezioni virali croniche del fegato possono portare a disfunzioni d’organo e carcinoma epatocellulare, “L’epsina transmembrana serina proteasi, sopprime l’ induzione dell’interferone tipo I scindendo STING”, hanno scritto Hsin e Liu, riferendosi all’enorme danno biologico accumulato sulla proteina nota come STING.
La ricerca taiwanese ha dimostrato che l’epsina sopprime le risposte antivirali naturali del corpo che vengono lanciate da STING (Stimulator of Interferon Genes). Quando STING è intatto, la sua attività di segnalazione è coinvolta nel rilascio di una massiccia ondata di interferoni che combattono i virus, proteine che contrastano i virus.
L’attivazione di STING stimola l’espressione dei geni che codificano per gli interferoni di tipo I come parte della risposta antivirale. Gli interferoni di tipo I comprendono un ampio sottogruppo di proteine che aiutano a regolare l’attività del sistema immunitario. Oltre al suo ruolo di attivazione degli interferoni che controllano i virus, l’attivazione di STING ha anche un ruolo di primo piano nell’immunità antitumorale, rendendola fondamentale nella risposta immunitaria innata complessiva.
In termini di tempistica, STING dovrebbe essere attivato in una fase iniziale della risposta immunitaria innata quando vengono rilevati i virus e sono necessari importanti attacchi molecolari da un sistema immunitario stimolato per un attacco completo.
A quanto pare, e per sfortuna, l’epsina distrugge STING, disabilitando così la risposta immunitaria innata. I costituenti del sistema immunitario sabotati dall’epsina sono gli interferoni di tipo I, proteine che non solo uccidono i virus ma sono cruciali per le attività di segnalazione che schierano componenti aggiuntivi del sistema immunitario. La parola “traditore” sembra troppo gentile se si considera il grado di distruzione del fegato che l’epsina consente inavvertitamente.
“L’epsina, che è prevalentemente presente negli epatociti, ha inibito l’induzione dell’interferone di tipo I durante le infezioni virali”, hanno affermato Hsin e Liu, osservando che senza interferoni di tipo I, l’infezione virale può progredire in gran parte incontrollata.
Il danno a STING non è stato semplicemente teorizzato. Il team taiwanese ha effettivamente visto come l’epsina ha aggredito STING in laboratorio, osservando il danno nei fibroblasti embrionali di topo infetti e negli epatociti umani infetti. “L’epsina si è co-localizzata con STING nel reticolo endoplasmatico e ha scisso STING“, hanno affermato gli scienziati.
L’epsina ha anche un altro nome in altri tessuti, in particolare il rinofaringe, che forma il tratto respiratorio superiore e il tratto respiratorio inferiore, che include i polmoni. In questi tessuti, l’epsina nota come TMPRSS1 e, non a caso, esiste anche in quelle popolazioni cellulari come traditore transmembrana.
Nel caso dell’infezione da SARS-CoV-2, TMPRSS1 invia segnali che possono allertare il virus della presenza del recettore ACE2. Il recettore ACE2 è il vicino di casa di TMPRSS1 e il gateway vulnerabile che SARS-CoV-2 viola per invadere le cellule umane, portando alla malattia pandemica a volte mortale, COVID-19. Non c’è dubbio tra gli investigatori che la segnalazione di TMPRSS1 aiuti il virus.
Per essere chiari, uno dei ruoli principali del sistema immunitario è impedire ai virus di impossessarsi delle cellule. Ma quando l’epsina paralizza STING, in mezzo a un’infezione epatica in corso, si prepara la genesi per il cancro al fegato. La ricerca di Taipei City non solo apre una nuova finestra di comprensione su come una molecola di segnalazione può essere danneggiata, ma dimostra anche come un minuscolo enzima transmembrana abbia un ruolo nel causare la distruzione.
La nuova ricerca arriva in un momento critico in quanto le agenzie sanitarie internazionali, in particolare l’Organizzazione mondiale della sanità, mappano strategie per ridurre il carico di malattie del fegato e cancro al fegato. A livello globale, il cancro al fegato è una delle principali forme di morte correlata al cancro e una causa primaria di tali tumori maligni è l’infezione virale dell’organo, principalmente da epatite B e C.
Si stima che circa 1,1 milioni di persone muoiano ogni anno di cancro al fegato causato da infezioni virali, secondo l’OMS, che definisce inoltre le regioni più vulnerabili per il cancro del fegato legato all’epatite come paesi poveri di risorse. Anche se un vaccino, in uso dagli anni ’80, è in grado di prevenire l’infezione da epatite B, e negli anni più recenti la terapia farmacologica cura efficacemente l’epatite C, questi interventi sfuggono ancora a molte parti del mondo.
Comprendere i meccanismi molecolari sottostanti che portano al cancro in primo luogo, potrebbe aprire la strada a nuovi metodi di prevenzione del cancro al fegato, come lo sviluppo di strategie farmaceutiche che bloccano l’epsina, ha affermato il team.
Hsin e Liu, che hanno collaborato con scienziati della Liver Disease Prevention and Treatment Research Foundation, sempre a Taipei City, hanno notato nella loro ricerca che il rilascio di interferoni è fondamentale durante l’infezione del fegato per più di un motivo: non è solo una questione di interferoni che reprimono i virus. Le proteine che combattono le infezioni stimolano anche le vie antivirali nelle cellule vicine. E l’epsina, dicono, non solo peggiora le infezioni del fegato prevenendo il rilascio di interferoni, ma anche l’attività aberrante dell’epsina può essere coinvolta in malattie non infettive, peggiorandole.
“L’epsina rende gli epatociti vulnerabili alle infezioni virali e può contribuire alla scarsa risposta delle cellule del cancro alla prostata alle immunoterapie che si basano sull’attivazione di STING”, hanno detto gli scienziati.
Cancro al fegato: la funzione della proteina STING
In Canada, i biologi molecolari hanno scoperto che l’attività di una singola proteina, che influenza fortemente le risposte immunitarie antivirali e antitumorali, è regolata dall’amminoacido cisteina.
Ma quella che a prima vista può sembrare una scoperta ostica che coinvolge la chimica degli amminoacidi si rivela essere una scoperta di significato tempestivo. Un team, guidato da scienziati del Centre Hospitalier de l’Université de Montréal, ha delineato i nuovi e intricati dettagli l’attività di segnalazione che sta alla base del modo in cui i tumori emergenti vengono contrastati. E di uguale importanza, specialmente nel mezzo della pandemia globale di coronavirus, una scoperta che getta nuova luce su un pezzo critico nel più grande puzzle di come le forze immunitarie vengono allertate per attaccare gli infiltrati virali.
Avendo svelato uno dei misteri della natura su una serie di attività chiave del sistema immunitario innato, gli scienziati hanno aperto una nuova finestra di comprensione su un percorso biologico che può aiutare lo sviluppo di nuove immunoterapie contro il cancro al fegato e non solo. E lo stesso nuovo percorso, affermano questi scienziati, potrebbe influenzare lo sviluppo del vaccino in un futuro non troppo lontano, poiché i ricercatori diventeranno sempre consapevoli dei primi passi critici nella risposta immunitaria innata.
La nuova ricerca è incentrata su quella che è nota come proteina adattatrice, una molecola formalmente chiamata STING, che sta per stimolatore dei geni dell’interferone. STING arriva in una fase iniziale della risposta immunitaria innata e la cisteina, un amminoacido, regola la conformazione e l’attività di STING.
Ma il team canadese ha scoperto che uno specifico residuo di cisteina limita tutti gli effetti antivirali e antitumorali di STING. I ricercatori chiedono lo sviluppo di nuovi interventi terapeutici in grado di aggirare il residuo, consentendo così il pieno impatto biologico di STING.
La ricerca del Centre Hospitalier ha coinvolto anche biologi molecolari dei dipartimenti di biochimica e medicina molecolare dell’Université de Montréal che hanno contribuito all’esplorazione di STING. Ma mentre STING può sembrare una proteina oscura, la nuova ricerca l’ha portata fuori dalle ombre molecolari e sotto i riflettori. Il suo ruolo nelle malattie infettive virali, dicono gli scienziati, è fondamentale. Non appena viene rilevata un’infezione virale, STING colpisce.
“La proteina adattatrice STING è stimolata in risposta al rilevamento del DNA virale citosolico da parte dell’enzima cGAS”, hanno dichiarato la dott.ssa Natalia Zamorano Cuervo e colleghi, riferendosi alla proteina, sintasi ciclica GMP-AMP o cGAS. È uno in una cascata di molecole di segnalazione che si trova nella prima ondata di risposte innate del sistema immunitario.
Ogni volta che un virus, come l’herpesvirus, un virus a DNA, causa un’infezione, il suo DNA viene riconosciuto dal cGAS, un sensore di acidi nucleici estranei. Questo, a sua volta, catalizza una serie di rapidi eventi biologici, tra cui l’attivazione di STING. “L’attivazione di STING porta quindi all’espressione di geni che codificano gli interferoni di tipo I come parte della risposta antivirale. L’attivazione di STING svolge anche un ruolo nell’immunità antitumorale, rendendo STING un importante bersaglio terapeutico.
STING è più vitale nella risposta immunitaria innata agli agenti patogeni che si stabiliscono all’interno delle cellule, vale a dire i virus. Il DNA virale nel citosol cellulare attiva il cGAS, che a sua volta genera una molecola che attiva STING. L’attivazione di STING attiva i geni per gli interferoni di tipo I nella risposta antivirale precoce. Questo scenario di base, da cGAS a STING a interferoni di tipo I, si verifica se l’autore del reato è un virus o una cellula tumorale. Nelle infenzioni virali, l’induzione della produzione di interferoni di tipo I da parte di STING STING stimola una risposta immunitaria che promuove la clearance virale.
Oltre ai virus del DNA, il cGAS si lega al DNA a doppio filamento di vari altri invasori, inclusi i batteri. E mentre cGAS è un maestro nel legarsi al DNA estraneo, ci sono prove che è anche coinvolto nel limitare l’infezione da virus RNA. L’arena di ricerca cGAS-STING è un’area di indagine attiva in tutto il mondo. Ma gli scienziati sottolineano che molte domande sull’asse di segnalazione cGAS-STING rimangono senza risposta, parte di una frontiera ancora inesplorata.
Gli scienziati di Montreal si sono affidati alla spettrometria di massa e alle analisi strutturali per identificare i residui di cisteina che hanno subito un’ossidazione reversibile durante l’attivazione di STING. Un residuo specifico, ossidato in risposta ad altri ossidanti nell’ambiente citosolico, o una molecola coinvolta come attivatore di STING, ha portato a una perdita di robustezza di STING. Indipendentemente da quale delle due sia la causa, la squadra ha determinato quella perdita come un limite chiave. Riconoscendo che l’attività di STING può diventare limitata, Zamorano Cuervo e collaboratori affermano che la progettazione di terapie mirate può superare tale limitazione e modulare l’attività di STING sia nelle infezioni virali che nel cancro.
“L’individuazione dei siti di ossidazione della cisteina mediante proteomica ad alta risoluzione rivela un meccanismo di inibizione redox-dipendente dello STING umano“, hanno concluso Zamorano Cuervo e il suo team.
La perdita di robustezza, che si verifica a causa di un cambiamento nello stato redox, non è isolata da STING: gli scienziati l’hanno già identificata. Ad esempio, i cambiamenti nello stato redox si verificano durante vari processi cellulari, comprese le infezioni virali.
“Mentre quantità cronicamente aumentate di specie reattive dell’ossigeno – ROS – potrebbero essere associate a danni ossidativi, i cambiamenti locali nell’abbondanza di ROS agiscono come interruttori redox per regolare la segnalazione cellulare”, ha spiegato Zamorano Cuervo. “Una maggiore abbondanza di ROS è stata documentata durante varie infezioni da virus a DNA, come il virus di Epstein-Barr e l’herpesvirus associato al sarcoma di Kaposi, nonché virus a RNA, incluso il virus dell’epatite C, il virus respiratorio sinciziale, il virus dell’influenza e il virus dell’immunodeficienza umana. “
Un sistema immunitario disfunzionale contribuisce in modo significativo allo sviluppo del cancro. Sono state approvate diverse strategie terapeutiche per attivare il sistema immunitario e colpire le cellule tumorali per trattare diversi tipi di cancro, incluso il melanoma. Tuttavia, alcuni pazienti non mostrano risposte cliniche benefiche a queste nuove e molto promettenti immunoterapie. Nuovi studio dimostrano come un importante difetto nell’espressione del gene STING nelle cellule di melanoma contribuisce alla loro evasione dal rilevamento e dalla distruzione delle cellule immunitarie.
Sono stati scoperti diversi meccanismi che consentono alle cellule tumorali di evitare il rilevamento e la distruzione delle cellule immunitarie, inclusa la funzione difettosa delle cellule T, le perdite nell’espressione delle proteine chiave sulle cellule tumorali e la segnalazione cellulare difettosa sia nelle cellule immunitarie che in quelle tumorali. Un’importante via di segnalazione che contribuisce alle interazioni tra cellule tumorali e cellule immunitarie è la via di segnalazione dell’interferone. La via dell’interferone aumenta l’espressione delle molecole che consentono alle cellule tumorali di essere riconosciute e uccise dalle cellule immunitarie. Una delle molecole chiave nella via di segnalazione dell’interferone è STING, che viene attivata dalla proteina cGAS.
I ricercatori di Moffitt hanno precedentemente dimostrato che l’attività di STING è comunemente soppressa e alterata, oltre che nel cancro al fegato, in un sottogruppo di melanomi, il che impedisce a queste cellule tumorali di essere prese di mira dal sistema immunitario. Il team di ricerca ha voluto approfondire la comprensione dell’importanza delle alterazioni nella segnalazione di STING nel melanoma e determinare in che modo l’espressione di STING viene soppressa. Si sono concentrati su un processo chiamato modificazione epigenetica durante il quale i gruppi di metilazione vengono aggiunti alle regioni regolatorie del DNA dei geni, con conseguente disattivazione dei geni.
I ricercatori hanno eseguito una serie di esperimenti di laboratorio e hanno scoperto che la regione regolatrice del DNA del gene STING è altamente modificata dai gruppi di metilazione con conseguente perdita dell’espressione del gene STING in alcune linee cellulari di melanoma. È importante sottolineare che hanno confermato questi risultati in campioni clinici di pazienti di melanomi in fase iniziale e avanzata e hanno mostrato eventi di metilazione simili e perdita di espressione del cGAS del regolatore STING a monte.
Successivamente, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile riattivare l’espressione di STING e/o cGAS con un farmaco demetilante o approcci genetici che superano la metilazione. Questi interventi hanno attivato con successo l’attività funzionale di STING, con conseguente aumento dei livelli di interferone quando attivati da farmaci agonisti di STING che hanno permesso alle cellule di melanoma di essere ora riconosciute dalle cellule immunitarie e mirate alla distruzione.
Questi risultati dimostrano per la prima volta che una strategia per superare la metilazione del gene STING può ripristinare la segnalazione dell’interferone e l’attività delle cellule immunitarie nel melanoma e migliorare un’immunoterapia cellulare se combinata con farmaci agonisti STING.
“Questi studi mostrano l’importanza fondamentale di un percorso STING intatto nei melanomi per il successo ottimale dell’immunoterapia delle cellule T e come superare un notevole difetto STING nei casi di melanoma di ipermetilazione genica mediante una terapia di combinazione “, ha affermato James J. Mulé, Ph.D. ., autore senior e direttore del centro associato per Translational Science presso Moffitt. “A meno che i melanomi dei pazienti non siano pre-selezionati per STING intatto rispetto a STING difettoso, non è affatto sorprendente che gli studi clinici sugli agonisti STING abbiano, fino ad oggi, fallito in modo uniforme”.
