Responsabile scientifico: Enzo Tramontano
Gruppo di ricerca: Filippo Cottiglia, Giovanna Delogu, Simona Distinto, Antonella Fais, Elias Maccioni, Rosaria Medda, Cinzia Sanna
Una componente essenziale del sistema im-munitario innato è costituta da una serie di recettori cellulari presenti sia sulla mem-brana esterna che nel citoplasma cellulare (detti pathogen recognition receptor, PRR) in grado di riconoscere strutture di virus pa-togeni (dette pathogen associated molecular pattern, PAMP) tra cui la presenza di DNA nel citoplasma, e attivare così una cascata di eventi fosforilativi che culminano con la produzione di un sistema di difesa che comprende gli interferoni di tipo I (IFN).
Gli IFN, una volta secreti, si legano ai propri recettori presenti sulla membrana cellulare e attivano una seconda cascata di segnala-zione che porta all’espressione di più di 300 geni ad azione antivirale (detti interferon sti-mulated genes, ISGs, Fig. 1) (1).
I virus hanno quindi sviluppato una serie di strategie per eludere la attivazione della risposta immunitaria innata, sia bloccando a vari livelli la cascata fosforilativa attivata dal riconoscimento di PAMP virali da par-te dei PRR cellulari, impedendo quindi la produzione di IFN e di altri elementi di se-gnalazione cellulari, sia impedendo la via di segnalazione indotta dall’IFN (2).
Attualmente, quindi, la stimolazione far-macologica del sistema immunitario innato rappresenta una strategia molto attraente per raggiungere una varietà di risultati tra cui l’inibizione della replicazione virale e la stimolazione immunitaria a scopi vaccinali.
STING è una proteina di trasmembrana localizzata nel reticolo endoplasmatico (Fig.
1) che subisce un cambio conformazionale in risposta al legame di nucleotidi modifi-cati (cGMP) prodotti a seguito del ricono-scimento della presenza di DNA virale nel citoplasma (3) (Fig. 2). Attivata, STING tra-sloca in vescicole attivando a sua volta una cascata fosforilativa che coinvolge la TANK binding kinase (TBK1) e l’interferon regulatory factor 3 (IRF-3), giungendo quindi alla pro-duzione di IFN (Fig. 1). È stato dimostrato che STING è una proteina essenziale per la protezione di organismi animali da parte di numerosi patogeni (5). Infatti, alcune va-rianti di STING riportate nella popolazione mondiale sono state correlate ad una inca-pacità di attivare correttamente la risposta interferonica, con pesanti conseguenze sul-le capacità del sistema immunitario nel ri-spondere ad importanti infezioni (6, 7, 8, 9).
Recentemente, sono state identificate delle piccole molecole che agiscono da ago-nisti di STING in grado di stimolare l’im-munità innata anche nel contesto dello svi-luppo di tumori, e che possiedono quindi sia una efficace attività antivirale che anti-tumorale (8, 9).
Il gruppo di ricerca coordinato dal Prof.
Tramontano comprende diversi componen-ti del Diparcomponen-timento di Scienze della Vita e dell’Ambiente, che possiedono expertise complementari in ambito biochimico,
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capacità di indurre una adeguata risposta immunitaria.
Il progetto è attualmente al primo anno di svolgimento. In questo anno sono state messe a punto le metodologie per lo stu-dio di agonisti di STING in sistemi biolo-gici, sia valutando il binding tra agonista e STING utilizzando proteine di STING mico farmaceutico e botanico
farmaceuti-co, e mira principalmente all’identificazio-ne, progettazione e sviluppo di agonisti di STING che possano essere attivi come im-munomodulanti con attività antivirali ed antitumorali. In aggiunta, il progetto mira anche a stabilire la frequenza nella popola-zione sarda di varianti di STING con ridotta
Fig. 1. STING è una proteina importante per l’attivazione degli ISG.
Fig. 2 A) STING in complesso con il suo substrato cGAMP; B) Sito di binding di STING.
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Infine, si è iniziato uno studio per valutare la frequenza delle varianti di STING in un piccolo campione di popolazione sarda. In particolare, sono stati progettati primers mutagenici e allele specifici che consento-no di effettuare una veloce indagine mo-lecolare delle varianti di STING mediante una tecnologia PCR-RFLP. La metodolo-gia sviluppata è stata validata mediante verifica della sequenza effettuata con un sequenziamento classico effettuato da la-boratori esterni e ha quindi permesso di valutare nel primo anno del progetto alcu-ni campioalcu-ni. Attualmente si sta proceden-do all’analisi di un più ampio campione di DNA ai fini di raggiungere una significati-vità statistica.
ricombinante, sia mediante sistemi cellu-lari. Inoltre, si è svolto uno screening in silico volto ad esplorare lo spazio chimico per identificare agonisti di STING. In par-ticolare, sono stati presi in considerazioni tre database: uno contenente composti na-turali presenti nelle piante sarde, un da-tabase di prodotti naturali e un dada-tabase di composti sintetici (Fig. 3). Nel secondo anno si verificherà l’efficacia di sostanze naturali e di sintesi sui sistemi biochimici e cellulari validati per identificare agonisti di STING che poi, mediante un processo iterativo di progettazione, sintesi chimica e di valutazione biologica, potranno essere ottimizzati sia sul piano dell’efficacia bio-logica che dei parametri farmacocinetici.
Fig. 3. Schema dello screening virtuale dei DB che è stato utilizzato per la selezione dei composti.
Bibliografia
1. Kumar H, Kawai T, Akira A. Pathogen recognition by the innate immune sys-tem Int. Rev. Immunol, 2011; 30: 16-34.
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3. Burdette DL, Monroe KM, Sotelo-Troha K, et al. STING is a direct innate immune sensor of cyclic di-GMP. Nature 2011;
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4. Ishikawa H, Barber GN. STING is an en-doplasmic reticulum adaptor that facil-itates innate immune signaling. Nature 2008; 455(7213): 674-678.
Scienze biologiche
5. Kim JA, Park SK, Seo SW, et al. STING Is Involved in Antiviral Immune Response against VZV Infection via the Induction of Type I and III IFN Pathways. J Invest Dermatol. 2017; 137(10): 2101-2109.
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Enzo Tramontano è Professore ordinario di Mi-crobiologia presso il Dipartimento di Scienze della Vita e dell’Ambiente, ricopre la carica di Presidente della Facoltà di Biologia e Farma-cia dell’Università degli Studi di Cagliari ed è membro del Comitato Consultivo della Società di Virologia Italiana SIV-ISV. Laureatosi in Bio-logia presso l’Università di Cagliari nel 1990, ha trascorso un periodo di quattro anni presso il De-partment of Pharmacology della Yale University School of Medicine (USA) dopo il quale è tornato a lavorare presso l’Università di Cagliari.
Virologo, ha tra i suoi interessi scientifici princi-pali lo sviluppo di farmaci antivirali. In partico-lare, ha identificato diverse molecole in grado di inibire la replicazione di virus quali HIV ed Ebo-la Virus, alcune delle quali sono state brevettate.
Negli ultimi anni ha svolto diversi studi sull’inte-razione tra proteine virali ed il sistema immuni-tario innato mirati a caratterizzare i meccanismi molecolari mediante i quali i virus eludono la sorveglianza dell’immunità innata. Tale caratte-rizzazione ha anche lo scopo di porre le basi per lo sviluppo di farmaci virali ad ampio spettro.