Nel risolvere un mistero ventennale sul ruolo di una proteina associata alla produzione di muco, i ricercatori forniscono nuovi spunti che possono portare a trattamenti innovativi per l’asma, la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), la fibrosi cistica e altre malattie respiratorie.
I ricercatori della Scuola di Medicina dell’Università di Washington a St. Louis (WUSTL), MO, riportano le loro conclusioni in una rivista scientifica di alto impatto.
Thomas J. Brett, autore senior dello studio e assistente professore di medicina alla WUSTL, afferma: «Il nuovo studio pone le basi per lo sviluppo di trattamenti per malattie come l’asma, la BPCO, la fibrosi cistica e anche per alcuni tipi di cancro.»
Nelle malattie come l’asma e la BPCO, il corpo produce una quantità eccessiva di muco, rendendo difficile la respirazione. Nella fibrosi cistica, il muco che viene prodotto è spesso troppo denso, causando ostruzioni nei polmoni e nel sistema digestivo.
Il significato di questo studio risiede nelle scoperte relative ai canali ionici: proteine speciali che fanno parte della membrana cellulare e svolgono un ruolo cruciale nel regolare il flusso di particelle cariche dentro e fuori la cellula.
I canali ionici consentono alle cellule di inviare e ricevere segnali elettrici e sono fondamentali per la salute, supportando funzioni essenziali come la secrezione di muco, il controllo del ritmo cardiaco e le funzioni cerebrali.
Ad esempio, il flusso di ioni cloruro dentro e fuori le cellule aiuta a gestire la produzione di muco, che funge da rivestimento protettivo nelle nostre vie aeree. Il muco, composto da glicoproteine e acqua, intrappola inquinanti e particelle esterne prima che possano danneggiare i polmoni.
Tuttavia, condizioni come la fibrosi cistica e l’asma portano a una sovrapproduzione di muco, il che complica ulteriormente la respirazione e aumenta il rischio di infezioni.
Lo studio indaga i canali ionici e il ruolo nella sovrapproduzione di muco
Circa 20 anni fa, gli scienziati hanno identificato una proteina chiamata CLCA1, che si è dimostrata legata alla sovrapproduzione di muco quando presente in elevate concentrazioni nelle vie respiratorie. Inizialmente, si pensava che CLCA1 fosse un canale per ioni cloruro, data la sua apparente capacità di spostare gli ioni cloruro dentro e fuori le cellule.
Con il tempo, ulteriori ricerche hanno portato a una nuova comprensione: le proteine CLCA non sono canali, ma piuttosto attivatori; esse innescano i canali per permettere il passaggio degli ioni cloruro attraverso le membrane cellulari. Tuttavia, rimaneva da chiarire quali canali venissero attivati e in che modo. Il Prof. Brett osserva: «Quando le cellule esprimono CLCA1, producono correnti di cloruro, ma man mano che miglioriamo la comprensione delle strutture tridimensionali delle proteine, i ricercatori hanno iniziato a rendersi conto che le proteine CLCA non potevano essere canali. Come possono generare correnti se non sono canali?»
Il Prof. Brett e il suo team hanno scoperto che quando CLCA1 viene rilasciato dalle cellule umane, provoca un rilascio di ioni cloruro in risposta alla presenza di ioni calcio. Il team ha anche notato che il movimento degli ioni cloruro attivati da CLCA1 somiglia molto a quello degli ioni cloruro che passano attraverso un canale noto come TMEM16A, decidendo così di indagare su un’eventuale interazione tra queste due proteine.
Scoprire che le proteine innescano i canali ionici è una «scoperta unica»
TMEM16A, scoperto solo sette anni fa nei mammiferi, è abbondante nelle cellule che rivestono le vie respiratorie. Ci sono prove che un eccesso di TMEM16A, come di CLCA1, sia associato a una produzione eccessiva di muco in malattie respiratorie come l’asma e la BPCO.
In collaborazione con i suoi colleghi, il Prof. Brett ha dimostrato che CLCA1 innesca TMEM16A, e che un aumento dell’espressione di CLCA1 si traduce in un incremento del numero di canali TMEM16A nelle cellule circostanti. Egli spiega: «Non pensiamo che CLCA1 apra effettivamente il canale; infatti, il canale può funzionare senza CLCA1. Crediamo piuttosto che CLCA1 mantenga il canale sulla superficie delle cellule per un periodo di tempo più lungo.»
La ragione di questa maggiore corrente è che ci sono più canali aperti, quindi più possibilità di passaggio per gli ioni, e aggiunge: «Questo è un risultato unico: non conosciamo altri esempi di interazione simile tra una proteina e un canale.»
Le implicazioni di questi risultati sono ampie. Se altri membri della famiglia delle proteine CLCA interagiscono in modo simile, ciò potrebbe chiarire una vasta gamma di disturbi, tra cui il cancro e le malattie cardiovascolari.
Ad esempio, i canali TMEM16 e le proteine CLCA sono stati associati a specifici tipi di cancro, inclusi quelli polmonari. Inoltre, sono stati implicati in malattie cardiovascolari, come disturbi del ritmo cardiaco e insufficienza cardiaca.
Il team continua a studiare l’interazione tra la proteina e il canale, cercando di capire come le variazioni nella loro espressione possano influenzare il flusso di ioni e le malattie delle vie respiratorie.
Lo studio è stato finanziato da enti come il National Institutes of Health (NIH), l’American Lung Association, il Center for the Investigation of Membrane Excitability Diseases e l’American Heart Association.
Nel frattempo, è emerso un nuovo studio che ha rivelato che i partecipanti a una dieta sana avevano un terzo di probabilità in meno di sviluppare BPCO rispetto a chi non seguiva questa alimentazione. I ricercatori definiscono una dieta sana come ricca di verdure, cereali integrali, acidi grassi polinsaturi, noci e acidi grassi omega-3, mentre limitano carne rossa e lavorata, cereali raffinati e bevande zuccherate.
Nuove Prospettive sulla Salute Respiratoria
Le scoperte più recenti sul ruolo di CLCA1 e TMEM16A offrono nuove prospettive per la comprensione e il trattamento delle malattie respiratorie. Ad esempio, un’analisi condotta nel 2024 ha evidenziato come il monitoraggio dell’espressione di queste proteine possa diventare un biomarcatore importante per la progressione dell’asma e della BPCO. Inoltre, si stanno sviluppando terapie mirate che potrebbero modulare l’attività di questi canali ionici, potenzialmente riducendo la sovrapproduzione di muco e migliorando la qualità della vita dei pazienti.
In un altro studio, i ricercatori hanno anche osservato che le terapie anti-infiammatorie possono influenzare l’espressione di CLCA1, suggerendo che un approccio combinato potrebbe ottimizzare i risultati clinici. Queste scoperte incoraggianti potrebbero portare a strategie terapeutiche più efficaci e personalizzate per gestire le malattie respiratorie croniche nel prossimo futuro.
