Oltre ad attivare i geni coinvolti nella difesa cellulare, la proteina STING agisce anche come canale ionico, permettendole di controllare un’ampia varietà di risposte immunitarie. — ScienceDaily

STING è principalmente alla ricerca del DNA, che può indicare un invasore straniero come un virus o un danno al tessuto o alla cellula ospite. Quando STING rileva quel segnale di pericolo, può attivare almeno tre diversi percorsi: uno che porta alla produzione di interferone, uno all’autofagia non canonica (coinvolto nel riciclaggio dei componenti cellulari e nell’eliminazione dei patogeni) e un terzo alla formazione dell’inflammasoma, un complesso di proteine ​​che attiva le risposte infiammatorie. Il meccanismo con cui STING stimola la produzione di interferone è ben caratterizzato, ma non è stato compreso come attivi gli altri due processi.

Ora, un team di ricercatori del MIT e della Harvard Medical School ha scoperto come STING attiva questi due percorsi. Hanno scoperto che STING ha una funzione sorprendente e precedentemente sconosciuta: può agire come un canale ionico che consente ai protoni di fuoriuscire da un organello noto come corpo di Golgi. Questo lo rende il primo sensore immunitario umano in grado di tradurre i segnali di pericolo in flusso di ioni.

“Arrivare a questa nuova idea che STING sia un canale protonico ha richiesto il collegamento di scoperte precedenti di altri laboratori secondo cui STING o il flusso di protoni potrebbero attivare l’inflammasoma e l’autofagia non canonica, il che ci ha portato a ipotizzare che STING inizi o media il flusso di protoni per innescare entrambi processi a valle”, afferma Nir Hacohen, membro del Broad Institute del MIT e di Harvard, professore di medicina al Massachusetts General Hospital e alla Harvard Medical School e autore senior dello studio.

“A causa della sua importanza per l’immunità dell’ospite, c’è un grande interesse nello sviluppo di farmaci in grado di attivare o sopprimere l’attività di STING e la scoperta dell’attività del canale ionico di STING fornirà nuovi modi per pensare alla progettazione di terapie per modulare STING”, afferma Darrell Irvine. , Underwood-Prescott Professor al MIT con incarichi nei dipartimenti di Ingegneria Biologica e di Scienza e Ingegneria dei Materiali; membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e del Ragon Institute di MGH, MIT e Harvard; e un autore senior dello studio.

La studentessa di dottorato in biologia del MIT Bingxu Liu e Rebecca Carlson PhD ’23, una neolaureata del programma di ingegneria medica e fisica medica presso la divisione di scienze e tecnologia della salute del MIT di Harvard, sono gli autori principali dell’articolo, che appare oggi in Scienza. Paul Blainey, Karl Van Tassel Professore Associato di Ingegneria Biologica al MIT e membro del Broad Institute e del Koch Institute, è anche un autore dell’articolo.

Un ruolo sorprendente

STING (abbreviazione di stimolatore dei geni dell’interferone) è considerato uno dei principali fattori che innescano la risposta immunitaria nel contesto dell’infezione, dell’autoimmunità e del cancro. I farmaci che attivano STING sono stati sviluppati e testati in studi clinici come farmaci immunoterapici contro il cancro che aiuterebbero a stimolare il sistema immunitario a distruggere i tumori.

STING è una proteina che può attraversare le membrane e di solito si trova incorporata nella membrana di un organello chiamato reticolo endoplasmatico (ER). Una volta rilevato il DNA, si trasferisce nel corpo del Golgi, dove inizia ad attivare le proteine ​​che attivano i geni necessari per la produzione di interferone.

“La gente sa abbastanza bene come STING induca l’interferone, ma come STING induca l’autofagia e la formazione di inflammasoma è stato un dibattito aperto nel campo negli ultimi 10 anni”, dice Liu.

Precedenti ricerche hanno dimostrato che sia l’autofagia che la formazione di inflammasomi (grandi complessi proteici che stimolano l’infiammazione) possono essere provocati da protoni che fuoriescono dagli organelli cellulari, il che rende l’interno della cellula più acido. Per questo motivo, i ricercatori si sono chiesti se STING potesse in qualche modo indurre la perdita di protoni.

Per esplorare questa possibilità, i ricercatori hanno etichettato il Golgi con una proteina che emette fluorescenza quando il pH sale. Quando hanno trattato le cellule con una molecola che attiva STING, il Golgi è diventato meno acido, il che significa che stava perdendo protoni. Uno schermo genetico ha ridotto al minimo la possibilità che un altro canale ionico controllasse questo flusso ionico, quindi i ricercatori hanno ipotizzato che lo stesso STING agisse da canale protonico.

“Oltre al suo significato biologico, questo studio è un notevole esempio del campo della genomica funzionale in via di maturazione, in cui i dati di screening raccolti sono sufficientemente affidabili per impostare la direzione dell’indagine mirata, anche da risultati negativi, come è avvenuto in questo caso”, Blainey dice.

Dopo aver eseguito la struttura della proteina STING attraverso un modello computerizzato in grado di prevedere se una data struttura proteica potrebbe contenere un poro, i ricercatori hanno scoperto che si prevede che la proteina STING contenga una regione che assomiglia a un poro. Per caso, l’anno scorso un’azienda che stava cercando agonisti STING (molecole che attivano STING) ha trovato una nuova molecola che è stata successivamente dimostrata da un gruppo accademico di legarsi in questa precisa posizione.

Il team del MIT/Harvard ha ipotizzato che l’agonista, noto come C53, blocchi il presunto poro. Quando il C53 è stato aggiunto alle cellule, i protoni non sono fuoriusciti dal Golgi e i percorsi a valle che attivano l’autofagia e la formazione dell’inflammasoma non sono stati attivati, anche se STING è stato attivato con altri mezzi. Tuttavia, l’attivazione dell’interferone, che passa attraverso un percorso diverso, si è comunque verificata.

“Per la prima volta, siamo stati in grado di disaccoppiare questi processi a valle, dove possiamo attivare l’interferone con C53, ma inibire gli altri due percorsi che portano all’autofagia e alla formazione dell’inflammasoma”, afferma Carlson. “Nel contesto delle malattie infiammatorie in cui STING è iperattivato, ora possiamo iniziare a chiederci quale di questi meccanismi molecolari sia più importante e contribuisca maggiormente al fenotipo che stiamo osservando”.

Controllo selettivo

In studi futuri, i ricercatori sperano di utilizzare C53 per determinare l’importanza relativa di questi tre percorsi e cercare di capire quali sarebbero più utili da stimolare o bloccare per trattare una varietà di malattie.

La Food and Drug Administration degli Stati Uniti non ha finora approvato alcun agonista STING, sebbene siano attualmente in corso molteplici studi clinici. Una potenziale ragione per cui altri agonisti di STING non sono andati oltre gli studi clinici è che il trattamento può provocare la morte cellulare indesiderata mediata da STING. I farmaci che stimolano la produzione di interferone ma non la morte cellulare o altri percorsi infiammatori potrebbero offrire un modo per superare questo ostacolo, secondo il team del MIT/Harvard.

I ricercatori sperano di esplorare se STING possa svolgere un ruolo nell’influenzare il comportamento di altre attività cellulari note per essere controllate dai canali ionici. “Ora che sappiamo che STING è un canale ionico, possiamo proporre altri effetti che pensiamo potrebbero verificarsi sulla base di questa conoscenza che STING trasporta protoni”, afferma Carlson.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health degli Stati Uniti, dall’Howard Hughes Medical Institute, da una borsa di studio della Fannie and John Hertz Foundation, da una borsa di studio per laureati della National Science Foundation degli Stati Uniti, da una borsa di studio dell’Organizzazione europea di biologia molecolare e da un Cancer Research Institute/Bristol Myers Compagnia Squib.