L’infiammazione è una reazione normale delle nostre cellule per combattere lo stress. Tuttavia, se è troppo intensa, può portare a una "tempesta" di citochine e mettere a rischio la nostra vita. Sappiamo che una reazione a catena di chinasi attiva la risposta infiammatoria. Questi enzimi sono stati ampiamente studiati, ma si sa poco delle loro interazioni, il che rende difficile sviluppare farmaci efficaci per colpirli. Un team dell’EMBL di Grenoble e dell’Università di Ginevra ha scoperto come la MAP chinasi p38α, l’ultimo interruttore che regola l’infiammazione, sia attivata dalla sua chinasi a monte. La ricerca rivela che le due chinasi si impegnano in una "danza" finemente coreografata, in cui MKK6 attiva p38α. Questi risultati, pubblicati su Science, aprono nuove strade per fermare le tempeste di citochine prendendo di mira la p38α e per studiare processi simili in altre due famiglie di MAP chinasi, coinvolte rispettivamente nel cancro e nella malattia di Alzheimer.
Le cellule sono regolarmente sottoposte a stress - causato da fattori dannosi come gli agenti patogeni - che possono alterare il normale funzionamento di un organismo. Per combattere questo stress, le cellule hanno sviluppato diversi meccanismi di adattamento, tra cui la risposta infiammatoria. Sebbene l’infiammazione sia necessaria, una quantità eccessiva può compromettere il funzionamento di cellule e organi. È il caso delle tempeste di citochine - cascate infiammatorie durante un’infezione - che sfuggono di mano e possono portare a gravi malattie e persino alla morte, come è stato recentemente dimostrato durante la pandemia COVID-19.
Un recente lavoro dei ricercatori dell’EMBL di Grenoble e del laboratorio di Francesco Luigi Gervasio dell’UNIGE - specialista in simulazioni di dinamica molecolare - ha fornito informazioni essenziali su una proteina chiamata p38α, appartenente alla famiglia delle MAP chinasi, che agisce come "interruttore" cellulare nell’innescare la risposta infiammatoria. Il team non solo ha ottenuto la prima struttura della p38α attivata da un’altra proteina chinasi regolatrice - la MKK6 - ma anche informazioni senza precedenti sulla dinamica (la "danza") delle due chinasi, aprendo nuove prospettive per lo sviluppo di farmaci progettati per fermare le tempeste di citochine.
L’interruttore finale: un bersaglio farmacologico
L’infiammazione è innescata da una serie di chinasi che si attivano a vicenda in una reazione a catena; l’ultima chinasi della serie è responsabile dell’attivazione della trascrizione dei geni necessari per l’infiammazione. Questo processo rilascia citochine, molecole di segnalazione pro-infiammatorie che, se attivate in modo eccessivo, possono portare a "tempeste" di citochine. Questa reazione a catena di chinasi è ben regolata e assomiglia a un circuito logico: la risposta all’infiammazione richiede l’attivazione di pulsanti specifici, che finiscono per attivare p38α, il punto di incontro di tutti i segnali e l’interruttore finale del processo infiammatorio.
Poiché la reazione a catena delle chinasi può avere origine da diversi "rami" del circuito logico, quest’ultimo interruttore è un bersaglio farmacologico particolarmente rilevante. La risposta infiammatoria è regolata dalla p38α ed è fortemente attivata durante una tempesta di citochine. Inattivandola, potremmo impedire l’insorgere dell’infiammazione, anziché cercare di trattarla quando è già in corso. Le proteine chinasi, compresa la p38α, sono state quindi studiate a fondo. Tuttavia, mancano ancora parti importanti del puzzle.
I farmaci hanno preso di mira principalmente il sito di legame nucleotidico delle chinasi - un sito comune e ben noto presente in tutte le chinasi - dove avviene il trasferimento dei fosfati. Questa mancanza di specificità dei farmaci significa che un farmaco progettato per impedire la segnalazione di una chinasi può impedire anche la segnalazione di altre. Esistono innumerevoli molecole progettate per colpire la p38α, in particolare il suo sito di legame con i nucleotidi, ma nessuna ha ancora superato la fase di sperimentazione clinica a causa di questa mancanza di specificità", spiega Matthew Bowler, ricercatore dell’EMBL di Grenoble, che ha condotto lo studio insieme a Erika Pellegrini, ex dottoranda del suo laboratorio.
Sbloccare il meccanismo di attivazione
Utilizzando la crio-microscopia elettronica (cryo-EM) e tecniche complementari come lo small-angle X-ray scattering (SAXS), il team è riuscito a ottenere la struttura 3D del complesso e a identificare un sito di aggancio sconosciuto in cui i due enzimi interagiscono: un’informazione preziosa per capire come si attiva la p38α. Questo potrebbe essere un bersaglio interessante per gli inibitori che bloccherebbero questa interazione specifica, e quindi il segnale che innesca la risposta infiammatoria", spiega Pauline Juyoux, ex ricercatrice dell’EMBL di Grenoble e prima autrice dello studio.
All’Università di Ginevra, il team di Francesco Luigi Gervasio ha rivelato come le due chinasi si uniscano dopo una "danza" dinamica che inizia con un "abbraccio" del sito KIM e termina con la formazione di un dimero faccia a faccia. La bellezza di combinare simulazioni all’avanguardia con dati SAXS e Cryo-EM utilizzando approcci statistici avanzati è che possiamo "vedere" la danza nuziale delle due chinasi, sapendo che ciò che vediamo al computer è pienamente supportato da tutti i dati sperimentali disponibili. Le simulazioni hanno richiesto diversi mesi di supercalcolo generosamente concessi dal Centro nazionale svizzero di supercalcolo", spiega Francesco Luigi Gervasio.
Questi risultati offrono un nuovo bersaglio farmacologico da esplorare e aprono la strada allo studio di processi simili in altre due famiglie di MAP chinasi: le chinasi ERK, coinvolte nel cancro, e le chinasi JNK, anch’esse coinvolte nell’infiammazione, in particolare nella malattia di Alzheimer.
15 settembre 2023
