IL MISTERO DI “CXCR4”
Di Bianca Corcione
Salve a tutti! Inauguro la mia presenza nell’associazione “Scienzintasca” con il seguente articolo, in cui vi parlerò dell’arduo lavoro del dottor Vincenzo Torraca (un mio carissimo amico, nonché ricercatore presso “ l’Imperial College of Science, Technology and Medicine “ di Londra) e il suo team.
Durante il suo periodo di dottorato presso l’Università di Leiden, le sue ricerche si sono focalizzate principalmente sullo studio del recettore per le chemochine CXCR4 che svolge un ruolo cruciale in processi cellulari di notevole importanza: differenziazione e chemiotassi dei leucociti, “meccanismi migratori” (durante lo sviluppo embrionale e il processo di metastasi) e nell’angiogenesi delle cellule tumorali.
Il dottor Torraca e il suo team, dopo aver caratterizzato la segnalazione di CXCR4 in vivo mediante l’utilizzo di esemplari di zebrafish con una mutazione knock-out di tale recettore (cxcr4b – / – *), hanno concentrato la loro attenzione sugli effetti dell’espressione del recettore chemochinico nel processo angiogenico dei granulomi. Questi ultimi sono aggregati di cellule immunitarie infette e non, che negli esseri umani si sviluppano in seguito all’infezione da parte del batterio Mycobacterium tuberculosis. Diversi studi hanno riportato che i granulomi tubercolari umani sono ampiamente vascolarizzati.
Anche nelle larve di zebrafish il Mycobacterium marinum (“parente stretto” del Mycobacterium tuberculosis) favorisce la formazione di granulomi. Straordinariamente, nelle larve mutanti l’espansione dell’infezione progrediva a una velocità inferiore rispetto agli esemplari wild type e, allo stesso tempo, ne risultava compromessa anche l’angiogenesi dei granulomi…. Questi risultati suggerivano che la mutazione knock-out del gene CXCR4 influisce in qualche modo sull’espansione del granuloma per lo più nelle fasi iniziali dell’angiogenesi.
La controprova di tale scoperta è stata ottenuta con l’inibizione farmacologica di tale recettore mediante l’utilizzo di due molecole “antagoniste” (AMD3100 * e IT1t*); anche in questo caso è stato possibile osservare una riduzione della vascolarizzazione associata al granuloma.
In seguito a questo risultato, il gruppo di ricerca ha focalizzato i suoi studi sul ruolo del recettore per le chemochine CXCR4 in questo processo, ponendosi i seguenti interrogativi:
- Tale mutazione poteva in qualche modo “penalizzare” il reclutamento dei macrofagi nei siti d’infezione? Quest’ipotesi è stata smentita perché (in seguito all’infezione) è stata rilevata la stessa percentuale di leucociti in esemplari mutanti e wild type.
- Veniva in qualche modo alterata la funzionalità microbicida dei macrofagi? Anche in questo caso la risposta è stata negativa…!
- La mutazione indotta può influenzare il contenuto di macrofagi all’interno dei granulomi? Anche questa supposizione è stata smentita, in quanto (analizzando i granulomi sia in esemplari mutanti che wild type) è stata ritrovata la stessa percentuale di micobatteri co-localizzanti con i macrofagi .
Di conseguenza, il team di ricerca ha ipotizzato che l’azione di CXCR4 (e di conseguenza una sua mutazione knock-out) influenzi principalmente l’interazione dei macrofagi con il tessuto circostante.
Dopo aver escluso un eventuale ruolo con il meccanismo della segnalazione VEGF* e con il processo di angiogenesi fisiologica, il gruppo di ricerca è arrivato alla conclusione che una mutazione knock-out del gene CXCR4 possa determinare una ridotta espressione dei geni coinvolti nei processi infiammatori. In particolare, hanno scoperto che i livelli di espressione di CXCl18b* e IL1β* erano significativamente ridotti negli esemplari in cui era stata indotta la mutazione. Per stabilire se l’induzione differenziale di IL1β potesse in quale modo essere correlata alla mutazione cxcr4b – / -, è stata indotta una mutazione knockdown di IL1β mediante l’utilizzo di un morfolino. Tuttavia, gli zebrafish mutanti hanno mostrato una vascolarizzazione dei granulomi simile a quella degli esemplari di controllo….
Questi dati mostrano che CXCR4 è cruciale per il processo di vascolarizzazione del granuloma mediante un meccanismo che sembra essere indipendente dalla citochina proinfiammatoria IL1β.
In seguito a questi risultati, i nostri scienziati hanno ipotizzato che i micobatteri usurpino il signaling di CXCR4 e della chemochina CXCL12* (suo ligando) per sostenere un programma angiogenetico pro-granuloma. Quest’ipotesi trova basi nel fatto che CXCR4 è espresso dalle cellule endoteliali e CXCL12 è prodotta dai macrofagi.
Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per chiarire come meccanicisticamente CXCR4 promuove la proliferazione endoteliale.
In conclusione, possiamo però che affermare che tali studi sull’inibizione di CXCR4 possano costituire un approccio terapeutico alternativo per il trattamento della tubercolosi senza effetti collaterali sull’angiogenesi fisiologica.
* cxcr4b – / – = Consiste nella conversione del codone AAG in posizione 709-711 (codificando l’amminoacido Lys239) in un codone di stop, che determina l’interruzione prematura della traduzione proteica.
* AMD3100 = Noto anche come Perixaflor ,il farmaco antagonizza reversibilmente il recettore per le chemochine CXCR4 bloccando il legame con il ligando CXCL12.
* IT1t diidrocloride = Potente antagonista di CXCR4 , ne blocca l’interazione con la proteina gp120 del virus dell’HIV.
* Cxcl18b = Chemochina tipica degli zebrafish, la cui funzione deve ancora essere chiarita.
*IL1β = Citochina prodotta dai macrofagi. E’ un importante mediatore della risposta infiammatoria ed è coinvolta in una varietà di attività cellulari, tra cui la proliferazione cellulare, la differenziazione e l’apoptosi.
*CXCL12=Proteina appartenente alla famiglia delle chemochine coinvolta nei seguenti processi: chemiotassi per linfociti e macrofagi, migrazione di cellule ematopoietiche dal fegato fetale al midollo osseo e formazione di grandi vasi sanguigni.
*VEGF= Sottofamiglia di fattori di crescita coinvolti nella vasculogenesi.
Referenze
- The chemokine receptor CXCR4 promotes granuloma formation by sustaining a mycobacteria-induced angiogenesis programme
Vincenzo Torraca, Claudia Tulotta, B. Ewa Snaar-Jagalska & Annemarie H. Meijer
Esemplari di Zebrafish. (Foto di Lynn Ketchum, per gentile concessione dell’ “Oregon State University”) .
