Una proteina alla base della resistenza all’immunoterapia

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Tumore con cellule tumorali prive di FMRP (verde) infiltrate da cellule T killer
Tumore con cellule tumorali prive di FMRP (verde) infiltrate da cellule T killer (CD8). Credito: Jeremy Guillot (laboratorio Hanahan - EPFL)

Gli scienziati dell’EPFL, del Ludwig Institute for Cancer Research e del CHUV hanno identificato una proteina che permette ai tumori di eludere gli attacchi del sistema immunitario, contribuendo alla scarsa risposta all’immunoterapia osservata in clinica.

L’immunoterapia è un approccio all’avanguardia al trattamento del cancro. Si tratta di attivare il sistema immunitario del paziente contro il tumore. La nostra maggiore conoscenza dei meccanismi con cui l’organismo regola le risposte immunitarie ha trasformato la nostra lotta contro il cancro.

Nonostante il suo tasso di successo, l’immunoterapia si è sempre scontrata con un ostacolo ostinato: le cellule tumorali spesso sfuggono alla "vigilanza" delle cellule immunitarie che cercano di distruggerle. Questo porta alla resistenza al trattamento. È quindi necessario comprendere meglio i meccanismi con cui è possibile aggirare questo problema.

Un recente studio condotto da scienziati dell’EPFL ha scoperto una proteina che svolge un ruolo chiave nel permettere ai tumori di sfuggire alla distruzione immunitaria. Questa proteina, chiamata "proteina del ritardo mentale dell’X fragile" o FMRP, regola un insieme di geni e cellule nel microambiente tumorale che le permette di non essere individuata dalle cellule immunitarie. Nei neuroni, FMRP è coinvolto nella regolazione della traduzione delle proteine e della stabilità dell’mRNA. Ma i ricercatori hanno scoperto che può essere deregolato anche in molti tipi di cancro.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, è stato condotto da scienziati del team di Douglas Hanahan presso l’Istituto Svizzero per la Ricerca Sperimentale sul Cancro (ISREC) e la sezione di Losanna dell’Istituto Ludwig per la Ricerca sul Cancro, oltre che da colleghi del Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV) e di altre istituzioni svizzere. I risultati hanno portato anche alla creazione di uno spin-off dell’EPFL, Opna Bio , il cui personale è anch’esso coinvolto nella ricerca.

Ma perché questo interesse per la FMRP? L’idea è nata da studi precedenti che hanno dimostrato che le cellule tumorali che sovraesprimono naturalmente FMRP sono più invasive e hanno una maggiore propensione a sviluppare metastasi. Altri studi dimostrano che se, al contrario, la FMRP non è espressa nei neuroni in via di sviluppo, ciò può portare a disturbi cognitivi (da qui il "ritardo mentale" nel nome della proteina).

Sulla base di queste evidenze, i ricercatori hanno iniziato a studiare l’espressione di FMRP nei tumori umani. Hanno poi valutato le sue funzioni pro-tumorali in modelli murini di cancro. Infine, hanno studiato la sua associazione con la prognosi dei pazienti umani affetti da cancro.

Lo studio prevedeva diverse fasi di raccolta dei dati. In primo luogo, gli scienziati hanno eseguito l’immunocolorazione di FMRP su tessuti provenienti da tumori umani. La maggior parte dei tumori è risultata positiva, a differenza del corrispondente tessuto sano. In altre parole, FMRP è specificamente e altamente espresso nelle cellule tumorali.

L’équipe è poi passata alla parte principale della ricerca, ovvero determinare il ruolo di FMRP nei tumori che esprimono la proteina. Che cosa fa?

La proteina FMRP è coinvolta nel sistema immunitario

Per studiarne le funzioni, gli scienziati hanno sviluppato linee cellulari tumorali cosiddette "knock-out". Le cellule o gli organismi knock-out sono modificati geneticamente per perdere - "inattivare" - un gene specifico al fine di trovare indizi sulla sua funzione. Infatti, qualsiasi cambiamento che si verifica nelle cellule knock-out rispetto alle cellule che hanno ancora il gene "wild-type" può di solito essere attribuito al gene mancante.

In questo caso, gli scienziati hanno utilizzato la nota tecnica di editing del genoma CRISPR-Cas9 per inattivare il gene (chiamato FMR1) che produce la proteina FMRP in cellule tumorali di topo provenienti da pancreas, colon, mammella e melanociti della pelle. Hanno poi confrontato le cellule tumorali prive di FMRP con quelle che avevano ancora il gene FMR1 e che quindi esprimevano la proteina FMRP.

I ricercatori hanno confrontato i tassi di sopravvivenza tra i topi con tumori contenenti cellule tumorali FMRP-deficienti e quelli con cellule FMRP di tipo selvatico, prima in topi il cui sistema immunitario era stato compromesso. Il confronto ha rivelato tassi di sopravvivenza simili. Tuttavia, quando hanno confrontato i tumori knockout con quelli wild-type che crescevano in topi con un sistema immunitario competente, hanno scoperto che i tumori privi di FMRP crescevano più lentamente e i topi sopravvivevano più a lungo.

Ciò evidenzia che l’FMRP non è coinvolto nella stimolazione della crescita tumorale in quanto tale, ma piuttosto coinvolge il sistema immunitario adattativo (la parte del nostro sistema immunitario che "addestriamo" attraverso i vaccini, ad esempio).

Questa scoperta è stata confermata dopo che gli scienziati hanno osservato che i tumori di tipo selvaggio presentavano un’infiltrazione minima di cellule T, mentre i tumori knockout erano molto infiammati. L’eliminazione delle cellule T dai tumori impoveriti di FMRP ha accelerato la loro crescita e ridotto il tasso di sopravvivenza dei topi, indicando che FMRP è coinvolto nei meccanismi con cui i tumori sfuggono al sistema immunitario.

Come i tumori con FMRP si difendono dalle cellule immunitarie

Il team ha poi eseguito un profilo genetico molecolare dei tumori knockout e wild-type, rivelando differenze significative nella trascrizione genica in tutto il genoma, suggerendo che FMRP interagisce con diversi geni. Inoltre, i tumori hanno mostrato differenze marcate nell’abbondanza di cellule tumorali, macrofagi e cellule T, confermando il ruolo di FMRP nella modulazione dei componenti del sistema immunitario.

La fase successiva dello studio si è concentrata sulla produzione di fattori specifici associati a risposte immunitarie distinte: evasione o attacco. I tumori che esprimono FMRP sono risultati produrre interleuchina-33, una proteina secreta che induce la produzione di cellule T regolatorie, una sottopopolazione specializzata di cellule T che inibisce le risposte immunitarie. Producono anche la proteina S, una glicoproteina nota per promuovere la crescita dei tumori. Infine, i tumori producono esosomi - organelli cellulari che hanno dimostrato di innescare la produzione di un tipo di cellule, i macrofagi, che normalmente contribuiscono alla guarigione e alla riparazione dei tessuti. Insieme, questi tre fattori sono immunosoppressivi e quindi formano una barriera che protegge il tumore dall’attacco delle cellule T.

Al contrario, le cellule tumorali prive di FMRP reprimono questi tre fattori (interleuchina-33, proteina S ed esosomi), mentre aumentano la regolazione di una chemochina chiamata "C-C motif chemokine ligand 7" (CCL7), che aiuta a reclutare e attivare le cellule T. Questo processo è ulteriormente favorito dall’induzione di macrofagi immunostimolanti (non immunosoppressivi). Queste cellule producono inoltre altre tre proteine pro-infiammatorie che collaborano con CCL7 per reclutare le cellule T.

Previsione dell’esito dell’immunoterapia nei pazienti umani

Nella pratica clinica, ci si chiede se i livelli di FMRP possano aiutare a stabilire una prognosi per i pazienti sottoposti a immunoterapia. Inaspettatamente, i livelli di FMR1 mRNA e FMRP nei tumori non sono sufficienti a predire l’esito in coorti di pazienti oncologici.

Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno sfruttato il fatto che, nella cellula, FMRP modula la stabilità dell’mRNA verso l’alto o verso il basso legandosi direttamente ad esso. In altre parole, l’FMRP potrebbe alterare i livelli di RNA nei set di dati trascrittomici, che potrebbero essere raccolti per identificare una "firma genica" per tracciare la sua attività funzionale. Questo approccio ha funzionato con successo, consentendo agli scienziati di definire una firma genetica dell’attività regolatoria del cancro di FMRP con un insieme di 156 geni.

È stato dimostrato che la firma dell’attività di FMRP nelle cellule tumorali è associata a una prognosi di scarsa sopravvivenza in molti tumori umani. Ciò è coerente con gli effetti immunosoppressivi dell’FMRP, che in alcuni pazienti è stato collegato a tassi di risposta scarsi ai trattamenti immunoterapici.

Questo lavoro dimostra che FMRP regola un insieme di geni e cellule del microambiente tumorale che aiutano i tumori a sfuggire alla distruzione immunitaria.

Douglas Hanahan spiega: "Pur avendo studiato per decenni la complessa composizione cellulare dei tumori solidi, sono molto sorpreso dalla nostra scoperta. Una proteina regolatrice neurale cooptata - FMRP - può orchestrare la formazione di una barriera protettiva multiforme contro l’attacco del sistema immunitario, limitando così l’efficacia delle immunoterapie, presentando FMRP come un nuovo bersaglio terapeutico nel cancro.

Altri collaboratori

  • Opna Bio SA
  • Centro di ricerca sul cancro AGORA
  • Istituto svizzero di bioinformatica (SIB)
  • Università di Berna
  • Istituto di Bioingegneria dell’EPFL
  • Università di Losanna (UNIL)
  • Centro nazionale per la salute infantile (Pechino)
  • Centro svizzero del cancro - Arc lémanique (SCCL)
Riferimenti

Qiqun Zeng, Sadegh Saghafinia, Agnieszka Chryplewicz, Nadine Fournier, Lucine Christe, Yu-Qing Xie, Jeremy Guillot, Simge Yucel, Pumin Li, José A. Galván, Eva Karamitopoulou, Inti Zlobec, Dalya Ataca, Fleuriane Gallean, Peng Zhang, José Antonio Rodriguez Calero, Mark Rubin, Mélanie Tichet, Krisztian Homicsko, Douglas Hanahan. L’iperespressione aberrante della proteina legante l’RNA FMRP nei tumori media l’evasione immunitaria. Science 378, eabl7207, 18 novembre 2022. abl7207