Una proteina per combattere il cancro e rigenerare i neuroni

I nostri polmoni, ossa, vasi sanguigni e altri organi principali sono costituiti da cellule e un modo in cui i nostri corpi ci mantengono in salute è utilizzando messaggeri proteici noti come ligandi che si legano ai recettori sulla superficie delle cellule per regolare i nostri processi biologici. Quando quei messaggi si confondono, possono provocarci una serie di malattie diverse.
Ora, un team guidato dal bioingegnere di Stanford Jennifer Cochran ha modificato un ligando in diversi modi ottenendo due risultati sorprendentemente diversi. Una serie di alterazioni ha causato la rigenerazione delle cellule neuronali, mentre diverse modifiche alla stessa proteina hanno inibito la crescita del tumore polmonare.
Gli esperimenti descritti dal suo team, pubblicati in National Academy of Sciences Acts, sono stati condotti su ratti e cellule umane o su topi e sono ancora lontani dall’essere testati sull’uomo. Ma i risultati mostrano come gli scienziati stanno diventando sempre più abili a armeggiare con i meccanismi di controllo basati sulle proteine ​​del corpo per aiutare gli organi vitali a guarire se stessi.
“Speriamo che un giorno queste proteine ​​possano essere usate per trattare le malattie neurodegenerative, così come i tumori e altri disturbi come l’osteoporosi e l’aterosclerosi“, ha affermato Cochran.
Il suo laboratorio studia come ligandi e recettori lavorano insieme per inviare messaggi alle cellule e come queste interazioni possono essere ingegnerizzate per creare potenti agenti terapeutici.
La forma è il concetto critico. Come tutte le proteine, i ligandi e i recettori sono costituiti da molti aminoacidi diversi legati insieme come perle e piegati in forme tridimensionali distinte. Un ligando con la forma giusta si adatta al suo recettore corrispondente come una chiave si adatta a una serratura.
Usando sofisticate tecniche di ingegneria molecolare, i ricercatori possono cambiare la gamma di aminoacidi in un ligando, creando praticamente milioni di chiavi che poi vengono testate per vedere se possono sbloccare il recettore corrispondente in qualche modo desiderabile.
Una chiave che si adatta meglio e fa scattare la serratura in modo più efficiente – gli scienziati la definiscono un superagonista – potrebbe trasmettere messaggi che indicano alle cellule di crescere più efficacemente. La bioingegneria può essere usata anche per trasformare i ligandi in antagonisti, chiavi che si adattano anche al blocco del recettore, ma in un modo che blocca il segnale e quindi potrebbe ritardare una funzione come la crescita cellulare.
L’anno scorso, Cochran ha collaborato con Alejandro Sweet-Cordero, ricercatore oncologico dell’UC San Francisco, per pubblicare un documento che mostra come una versione ingegnerizzata della proteina recettore CNTFR, ha contribuito a fermare la crescita del tumore polmonare nei roditori.
I nuovi esperimenti si basano su quel lavoro e il gruppo di ricerca guidato dallo studente laureato Jun Kim, che ha progettato il ligando noto come CLCF1, che si lega al recettore del CNTFR.
Effettuando una serie di alterazioni degli aminoacidi in CLCF1, Kim ha trasformato quel ligando in un superagonista. Quando hanno aggiunto questo superagonista a una cultura tissutale di cellule neuronali danneggiate, il CLCF1 ingegnerizzato ha aumentato i segnali che promuovono la crescita degli assoni, le fibre che trasmettono gli impulsi nervosi, suggerendo che questo ligando modificato incoraggia i neuroni feriti a rigenerarsi.
Al contrario, Kim e i suoi colleghi ricercatori hanno dimostrato che, introducendo alcune ulteriori alterazioni negli aminoacidi del CLCF1, possono trasformare questo ligando in un potente antagonista che potrebbe inibire la crescita dei tumori polmonari nei topi, suggerendo un diverso possibile uso medicinale per questa variante della molecola.
Cochran ha trascorso la sua carriera a sviluppare nuove proteine ​​ingegnerizzate come candidati per strumenti terapeutici da applicare in oncologia e in medicina rigenerativa. Molte delle molecole scoperte nel suo laboratorio sono passate alle fase iniziali dello sviluppo preclinico, con un protocolo terapeutico già avanzato, un trattamento per il carcinoma ovarico e renale, ora in fase di sperimentazione sull’uomo.
“Sono stata a lungo affascinata dal modo in cui le proteine ​​funzionano come macchine molecolari della natura e dal modo in cui gli strumenti di ingegneria ci consentono di modellare la struttura e il funzionamento delle proteine ​​con la creatività di un artista, in questo caso usando gli aminoacidi come nostra tavolozza“.
Fonte: Phys.org