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Spiegazione della struttura dell’interruttore centrale dell’infiammazione

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Uno studio dell’Università di Bonn potrebbe fornire alla medicina un potente strumento terapeutico

I ricercatori delle università di Bonn e Regensburg hanno chiarito la struttura di un interruttore infiammatorio cellulare centrale. Il loro lavoro mostra a quale sito può legarsi la proteina gigante chiamata inibitori NLRP3. Questo apre la strada allo sviluppo di nuovi farmaci che potrebbero colpire malattie infiammatorie come la gotta, il diabete di tipo 2 o persino il morbo di Alzheimer. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature .

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Nel loro studio, i ricercatori hanno studiato una molecola proteica con l’abbreviazione criptica NLRP3. Questo è un tipo di sensore di pericolo nella cellula: suona l’allarme quando la cellula è sotto stress, ad esempio a causa di un’infezione batterica o di tossine.

NLRP3 induce quindi la formazione di pori all’interno della membrana cellulare, che alla fine provoca la morte della cellula. Prima di ciò, però, la molecola sensore stimola la formazione di sostanze messaggere infiammatorie che vengono rilasciate attraverso la membrana perforata. Queste cosiddette citochine reclutano più cellule immunitarie nel sito e assicurano che le cellule nell’area circostante si suicidano, impedendo così l’ulteriore diffusione di un batterio o di un virus.

“Il risultato è una massiccia risposta infiammatoria”, spiega il leader dello studio, il Prof. Dr. Matthias Geyer dell’Istituto di Biologia Strutturale dell’Università di Bonn. “Questo è certamente molto utile per la difesa contro gli agenti patogeni. Ma se questa risposta è sovradosata o innescata da segnali anche innocui, può portare a malattie infiammatorie croniche – come il diabete di tipo II, la gotta, il morbo di Crohn o persino demenze come l’Alzheimer. “

Contenimento mirato dell’infiammazione

I ricercatori di tutto il mondo stanno quindi cercando modi per colpire i processi infiammatori senza interrompere l’intero meccanismo della risposta immunitaria. Già 20 anni fa, l’azienda farmaceutica statunitense Pfizer ha pubblicato un’interessante scoperta al riguardo: alcune sostanze attive impediscono il rilascio di citochine, i più importanti messaggeri infiammatori. Il modo in cui questi CRID (Cytokine Release Inhibitory Drugs) riescano a farlo, tuttavia, era sconosciuto fino ad ora.

È noto da diversi anni che i CRID in qualche modo impediscono ai sensori di pericolo cellulare di suonare l’allarme. “Ora abbiamo scoperto il modo in cui esercitano questo effetto”, spiega Inga Hochheiser, collega di Geyer. Ciò ha comportato l’isolamento di grandi quantità di NLRP3 dalle cellule, la purificazione e l’aggiunta dell’inibitore CRID3. Hochheiser ha fatto cadere piccole porzioni di questa miscela su un supporto e poi le ha congelate rapidamente.

Questo metodo crea un sottile film di ghiaccio contenente milioni di molecole NLRP3 a cui è legato CRID3. Questi possono essere osservati con un microscopio elettronico. Poiché le molecole cadono in modo diverso mentre cadono, al microscopio possono essere visti diversi lati di esse. “Queste viste possono essere combinate per creare un’immagine tridimensionale”, spiega Hochheiser.

Le immagini crio-EM consentono una visione dettagliata della struttura del sensore di pericolo inattivato da CRID3. Rivelano che NLRP3 nella sua forma inattiva si assembla in una mega-molecola. È composto da dieci unità NLRP3 che insieme formano una specie di gabbia. “Il risultato più entusiasmante del nostro lavoro, tuttavia, è che siamo stati in grado di identificare la molecola CRID3 ancorata al suo sito di legame”, è lieto di riferire Geyer. “È stato un osso duro che molti gruppi in tutto il mondo hanno cercato di rompere”.

L’inibitore impedisce l’attivazione della molecola gigante

I siti di legame (i biologi strutturali parlano anche di “tasche”) si trovano all’interno della gabbia. Ciascuna delle dieci unità NLRP3 ha una di queste tasche. Quando è occupato da CRID3, l’inibitore blocca un meccanismo del lembo necessario per l’attivazione di NLRP3. Simile a una rosa in fiore, che può essere visitata solo da un’ape in questo stato, alcune parti della proteina NLRP3 raggiungono la superficie della gabbia quando il lembo viene capovolto e quindi diventano accessibili.

NLRP3 è un rappresentante di un’intera famiglia di proteine ??simili. Ognuno di essi svolge presumibilmente il proprio compito ben specifico nei diversi processi infiammatori. “Sulla base della nostra ricerca, riteniamo che le tasche di tutti questi NLRP siano diverse”, afferma Geyer. “Per ciascuno di essi si può quindi probabilmente trovare un inibitore specifico”. Ciò offre ai ricercatori un intero arsenale di potenziali nuove armi contro diverse malattie infiammatorie.

Ad esempio, il lavoro in corso consente una ricerca mirata di alternative più efficaci a CRID3 che abbiano anche meno effetti collaterali. Ma questo è solo l’inizio, afferma Geyer, che è anche membro del Cluster di eccellenza ImmunoSensation2 presso l’Università di Bonn. “Sono convinto che il nostro studio apra un nuovo fruttuoso campo di ricerca che terrà impegnati i ricercatori per i decenni a venire”.

Istituzioni partecipanti e finanziamenti:

Lo studio è stato finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) e da fondi dell’UE nell’ambito delle iniziative iNEXT-Discovery e Instruct-ERIC. Le immagini crio-EM per la delucidazione della struttura sono state registrate presso l’EMBL di Heidelberg.

Pubblicazione: Inga V. Hochheiser, Michael Pilsl, Gregor Hagelueken, Jonas Moecking, Michael Marleaux, Rebecca Brinkschulte, Eicke Latz, Christoph Engel & Matthias Geyer: Struttura del decamer NLRP3 legato all’inibitore del rilascio di citochine CRID3; Nature ; DOI: 10.1038/s41586-022-04467-w; URL: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04467-w

Dottoranda Inga Hochheiser e Prof. Dr. Matthias Geyer: guardando il sito di legame CRID3 nella proteina NLRP3.
CREDITO
Foto: Johann F. Saba/UKB