Le cellule tumorali spesso dirottano i normali processi fisiologici per promuovere il loro sviluppo, sfruttando proteine che hanno funzioni cellulari essenziali. È quindi importante bloccare l’attività di queste proteine solo nelle cellule tumorali, senza danneggiare i loro ruoli essenziali nei tessuti sani. Per questo motivo, gli approcci convenzionali che utilizzano piccole molecole che causano un’inibizione sistemica in tutte le cellule dell’organismo possono avere gravi effetti collaterali.
Le catepsine sono un esempio di proteine essenziali dirottate dalle cellule tumorali. Questa famiglia di enzimi è responsabile della demolizione di altre proteine e del rimodellamento dei tessuti corporei. Le catepsine sono state implicate in vari tipi di cancro, osteoporosi e malattie autoimmuni. Tuttavia, gli studi clinici con piccole molecole che inibiscono le catepsine sono falliti a causa della loro scarsa efficacia o della loro tossicità.
Un team di scienziati guidato da Elisa Oricchio e Bruno Correia dell’EPFL ha appena sviluppato un nuovo approccio per superare questi ostacoli. Hanno creato una piattaforma farmacologica modulare che coniuga inibitori peptidici non naturali (NNPI) con anticorpi, producendo coniugati inibitori anticorpo-peptidici (APIC). Con questo metodo, gli inibitori vengono veicolati in modo specifico alle cellule tumorali, riducendo gli effetti collaterali sistemici e aumentando l’efficacia terapeutica.
I ricercatori hanno iniziato a sviluppare NNPI che si legano covalentemente alle catepsine e le inibiscono. Hanno modificato le sequenze peptidiche per includere un accettore di Michael, cioè un componente organico che facilita la formazione di un legame stabile con le catepsine.
L’accettore di Michael reagisce con il residuo di cisteina nel sito attivo della catepsina (la parte dell’enzima responsabile della sua funzione principale), creando un legame covalente stabile che inibisce efficacemente la catepsina. Per migliorare la specificità e l’efficacia dei peptidi, il team ha utilizzato la mutagenesi saturante. Questo metodo consiste nel modificare sistematicamente ogni aminoacido di una proteina per trovare le varianti migliori con le proprietà desiderate.
I ricercatori hanno identificato diversi potenti inibitori contro quattro diverse catepsine, ovvero le catepsine S, B, K e L. Combinando questi inibitori con anticorpi che riconoscono CD22, CD79, HER2 e Siglec15, il team è stato in grado di distribuire con precisione gli NNPI alle cellule di linfoma, alle cellule di cancro al seno e agli osteoclasti. In questo modo è possibile sfruttare la naturale capacità degli anticorpi di essere internalizzati dalle cellule bersaglio, indirizzando con precisione gli inibitori dove sono necessari.
È stato quindi il momento di testare gli APIC: sia nelle linee cellulari che nei modelli animali, hanno rivelato effetti terapeutici significativi. Ad esempio, in modelli di linfoma, il trattamento con APIC mirati alla catepsina S ha portato alla regressione del tumore e all’attivazione della risposta immunitaria contro le cellule tumorali. Nei modelli di cancro al seno, le APIC che hanno come bersaglio la catepsina B hanno ridotto l’invasività del tumore e la migrazione delle cellule, evidenziando il potenziale dell’uso delle APIC per prevenire le metastasi.
Fornendo gli inibitori in modo specifico alle cellule tumorali, l’approccio APIC può evitare o ridurre gli effetti collaterali tipicamente associati ad altri trattamenti come la chemioterapia. Inoltre, la natura modulare del progetto APIC significa che può essere adattato per colpire una varietà di proteasi coinvolte in diverse patologie, il che potrebbe rivoluzionare il trattamento di malattie diverse dal cancro.
Il progetto APIC va ora oltre il laboratorio ed è sulla buona strada per diventare una realtà clinica. "Abbiamo depositato due domande di brevetto basate su questo progetto", afferma Elisa Oricchio. "Lo studente di dottorato Aaron Petruzzella, che ha guidato il progetto, ha recentemente ottenuto una borsa di studio SNSF Bridge Proof of Concept per continuare a lavorare su questi inibitori, creare le basi per una start-up e attirare l’attenzione di potenziali investitori".
Elenco dei collaboratori
- Istituto Svizzero per la Ricerca Sperimentale sul Cancro (ISREC) dell’EPFL
- Centro svizzero per il cancro - Regione del lago di Ginevra (SCCL)
- Istituto di scienze chimiche e ingegneria dell’EPFL (ISIC)
- Istituto di bioingegneria dell’EPFL
- Laboratorio di progettazione di proteine e immunoingegneria dell’EPFL
- Istituto Ludwig per la ricerca sul cancro (campus di Losanna)
- Ospedale universitario vodese (CHUV) e Università di Losanna (UNIL)
- Università Radboud
- Istituto di immunologia chimica di Nijmegen
- Piattaforma tecnologica di produzione e struttura delle proteine dell’EPFL
- Cluster di ricerca sul cancro Agora
Petruzzella, A., Bruand, M., Santamaria-Martínez, A., Katanayeva, N., Reymond, L., Wehrle, S., Georgeon, S., Inel, D., van Dalen, F. J., Viertl, D., Lau, K., Pojer, F., Schottelius, M., Zoete, V., Verdoes, M., Arber, C., Correia, B. E., & Oricchio, E. Coniugati anticorpo-peptide forniscono inibitori covalenti che bloccano le catepsine oncogeniche. Nature Chemical Biology 29 maggio 2024. DOI: 10.1038/s41589’024 -01627-z
