Potatura di precisione con i PROTAC: targeting selettivo della huntingtina tossica

In natura, gli organismi dominanti sono noti per impossessarsi delle risorse naturali di un’area. Per esempio, un albero che cresce molto in altezza nel tempo è esposto a grandi quantità di luce solare. Tuttavia, se un germoglio viene piantato accanto all’albero alto, non avrà lo stesso accesso al sole e potrebbe non sopravvivere. Nelle cellule, le proteine ripiegate in modo errato possono interagire tra loro per formare ammassi appiccicosi, noti anche come aggregati, che possono comportarsi come un organismo dominante. In malattie come la malattia di Huntington (MH), questi ammassi possono consumare energia e risorse nella cellula, causando stress proteico e, in ultima analisi, contribuendo alla morte cellulare.

In uno studio recente, gli scienziati hanno creato una sostanza chimica che scompone gli ammassi di huntingtina HTT espansa nelle cellule e nei modelli murini di Huntington. Questa sostanza individua gli ammassi di HTT e li indirizza verso la scomposizione o degradazione. Potare solo gli ammassi di HTT espansa e lasciare l’HTT sana può migliorare la salute cellulare. Diamo un’occhiata più da vicino a ciò che ha scoperto questo studio.

Scegliere il germoglio

Nella malattia di Huntington, una sequenza ripetuta del codice genetico C-A-G causa la produzione di una forma espansa della proteina HTT. L’HTT espansa è extra-lunga e si ripiega in una forma leggermente diversa rispetto alla forma regolare dell’HTT. La nuova forma dell’HTT può portare alla formazione di ammassi di HTT, che si sospetta aumentino lo stress proteico, portando alla morte cellulare. Un’idea è quella di sbarazzarsi di questi ammassi tossici di HTT, ma questo comporta una serie di sfide.

Le persone con la malattia di Huntington producono sia HTT regolare che espansa. Poiché l’HTT regolare svolge ruoli importanti nella salute e nella funzione cellulare, preservarne una parte può essere fondamentale. Immagina che un forestale voglia dare più luce solare a un germoglio speciale, quindi spruzzi un diserbante chimico che distrugge tutte le piante della zona. La sostanza chimica eliminerebbe l’albero alto, ma probabilmente neanche il germoglio sopravviverebbe. Invece, il forestale deve trovare un modo per rimuovere l’albero alto senza danneggiare il germoglio. Allo stesso modo, gli scienziati stanno esplorando trattamenti che si concentrano sull’eliminazione della proteina HTT espansa mantenendo la forma regolare e sana dell’HTT.

Colpire l’albero alto

Come facciamo a colpire l’HTT espansa ma non quella regolare? In uno studio del laboratorio di Jen-Tse Huang a Taiwan, i ricercatori hanno progettato un composto chiamato PROTAC 2′ (pronunciato pro-tack due primo) in grado di fare proprio questo nei modelli di laboratorio della malattia di Huntington. Il PROTAC 2′ individua gli ammassi di HTT espansa che hanno una forma distinta dall’HTT regolare e vi si aggancia.

Il laboratorio Huang ha progettato il PROTAC 2′ non solo per riconoscere l’HTT espansa, ma anche per portarla al sistema di smaltimento dei rifiuti della cellula per scomporla. È come se il forestale portasse con sé i diserbanti chimici mentre cerca l’albero. Questo è molto più efficiente che individuare l’albero, tornare a prendere i prodotti chimici e sperare di ricordare dove lo si è trovato. Poiché il PROTAC 2′ afferra sia gli ammassi di HTT espansa CHE il sistema di smaltimento dei rifiuti esistente della cellula, gli ammassi possono essere scomposti e smaltiti più facilmente.

Pulizia degli ammassi tossici di HTT espansa nelle cellule

L’HTT espansa può esistere in diverse forme. I ricercatori a volte definiscono queste forme in base alla loro capacità di sciogliersi in diversi liquidi, o a come si comportano quando vengono etichettate con colorate “etichette” chimiche. Gli ammassi di HTT espansa che non si sciolgono facilmente o che sono ammassati strettamente tra loro sono spesso chiamati “insolubili”. La proteina HTT espansa può esistere anche in una forma “solubile”. Ci sono prove che la forma insolubile di HTT espansa potrebbe essere più tossica.

Nelle cellule in coltura trattate con PROTAC 2′, i ricercatori hanno riscontrato livelli più bassi di ammassi insolubili di HTT espansa, mentre i livelli delle altre forme di HTT sono rimasti invariati. Ciò suggerisce che il PROTAC 2′ stia aiutando le cellule a sbarazzarsi degli ammassi di HTT espansa, senza influenzare altre forme della proteina – esattamente come speravano i ricercatori!

Il laboratorio Huang era interessato anche a come le cellule rispondessero ai livelli più bassi di ammassi di HTT espansa. Nelle cellule trattate con PROTAC 2′, i ricercatori hanno riscontrato un aumento della sopravvivenza cellulare e meno segni di stress. Ciò suggerisce che il trattamento delle cellule con PROTAC 2′ potrebbe aiutare a ridurre alcuni dei problemi cellulari che associamo alla malattia di Huntington.

Rallentare la progressione della malattia di Huntington nei topi

I ricercatori hanno anche iniettato il PROTAC 2′ in topi che fungono da modello per la malattia di Huntington per vedere se il PROTAC 2′ potesse ridurre i loro sintomi simili a quelli della malattia. Questi topi sono ingegnerizzati per trasportare il gene umano della malattia di Huntington con un’espansione di circa 120 ripetizioni CAG. Ciò porta alla formazione di ammassi di HTT espansa e infiammazione nel cervello, oltre a una progressiva perdita di peso, declino motorio e una durata della vita molto più breve rispetto ai topi che non hanno il gene della malattia.

Prima di lavorare con i topi malati, i ricercatori hanno appreso di più sulla sicurezza e sulle azioni del PROTAC 2′ iniettando questa molecola in topi che non portavano la mutazione della malattia di Huntington. Successivamente, hanno trattato i topi modello della malattia e hanno scoperto che i topi a cui era stato somministrato il PROTAC 2′ presentavano meno ammassi di HTT, miglioramenti in altri marcatori cerebrali e sintomi, e una durata della vita più lunga rispetto ai topi non trattati. Ciò suggerisce che il trattamento con PROTAC 2′ potrebbe ritardare gli effetti della progressione della malattia in questo modello sperimentale.

Guardando al futuro

I ricercatori del laboratorio Huang hanno progettato un composto che richiama sia gli ammassi di HTT che il sistema di degradazione nello stesso posto. Come un forestale che protegge un prezioso alberello, il PROTAC 2′ scompone efficacemente gli ammassi nelle cellule risparmiando la huntingtina regolare. Questo ha rallentato la progressione dei sintomi simili alla malattia di Huntington nei topi, e gli autori suggeriscono che i PROTAC potrebbero avere un potenziale come terapia in futuro.

Sebbene siano stati in grado di dimostrare il potenziale di queste molecole nei topi, c’è ancora molto da fare prima di poter passare all’applicazione di questo approccio negli esseri umani. Una sfida è che i PROTAC hanno dimensioni piuttosto elevate per essere molecole simili a farmaci, e può essere difficile per loro penetrare in profondità nel tessuto cerebrale, il che rappresenta un problema maggiore in un cervello (umano) più grande. Inoltre, questo studio non ha confrontato direttamente topi sani e malati – ed è possibile che la malattia di Huntington possa alterare la capacità del PROTAC di penetrare nel tessuto cerebrale. Sarebbero necessari studi più ampi anche per comprendere meglio come il PROTAC 2′ influenzi altri processi colpiti dalla malattia, come la produzione di energia.

Tuttavia, la scomposizione degli ammassi proteici tossici è una strategia che viene esplorata per diverse malattie cerebrali, ed è entusiasmante vedere che può avere effetti positivi nei topi affetti da Huntington. Gli autori osservano che gli approcci di pulizia basati sulle proteine potrebbero rimuovere parte del colpevole tossico con un minor potenziale di danni a lungo termine rispetto a strategie come la terapia genica.

Riassunto

• Il PROTAC 2′ indirizza selettivamente gli ammassi di HTT espansa verso il cestino dei rifiuti della cellula, risparmiando l’HTT regolare
• Funziona richiamando il sistema di pulizia dei rifiuti verso gli ammassi proteici tossici
• Nelle cellule, questo trattamento ha ridotto gli ammassi insolubili di HTT espansa e ha diminuito lo stress
• Nei topi modello della malattia di Huntington, il PROTAC 2′ ha ridotto i problemi di movimento e altri tratti della malattia, e ha aumentato la durata della vita