La patologia asmatica

Figura 2.1 Effetti della patologia asmatica a livello delle vie respiratorie

L’asma allergica è una malattia infiammatoria delle vie aeree caratterizzata da una riduzione del calibro delle vie respiratorie in seguito all’esposizione ad un allergene seguita poi dall’infiltrazione e dall’attivazione delle cellule infiammatorie (Bousquet J, 2000) (Figura 2.1). Il soggetto asmatico sviluppa poi una iperesponsività (AHR) ad una ampia gamma di stimoli inclusi i neurotrasmettitori e i mediatori dell’infiammazione che sono stati rilasciati durante la reazione allergica. Lo sviluppo di AHR è determinato dall’alterazione del controllo neurogenico e non-neurogenico della muscolatura liscia e da cambiamenti fisiologici, come il danno dello strato epiteliale e il rimodellamento delle vie aeree. Quest’ultimo processo è caratterizzato da cambiamenti strutturali permanenti delle vie aeree come l’aumento della deposizione delle matrice extracellulare e l’ispessimento della muscolatura liscia (Cockcroft DW, 2006).

L’evento cruciale della contrazione della muscolatura liscia delle vie respiratorie è rappresentato dalla fosforilazione della catena leggera di 20 kDa della miosina (MLC20) ad opera della specifica chinasi Ca2+_{\calmodulina-dipendente, denominata myosin light chain kinase (MLCK). In seguito alla} fosforilazione a livello della serina 19 la MLC20 subisce una modificazione conformazionale responsabile di due eventi: lo smascheramento, a livello della testa miosinica, del sito di attacco per l’actina e l’attivazione della funzione ATPasica intrinseca. La conseguente scissione dell’ATP genera l’energia necessaria per assicurare il movimento coordinato di trazione e flessione delle teste miosiniche che provoca lo spostamento in senso centripeto dei filamenti di actina (Amano M, 1996).

La contrazione della muscolatura liscia è sottoposta a complessi meccanismi di regolazione. L’attivazione della MLCK è drasticamente ridotta dalla fosforilazione dell’enzima ad opera di varie chinasi. Eccessivi aumenti della concentrazione citosolica di Ca2+ libero si associano all’attivazione della Ca2+_{/calmodulina chinasi II, che è in grado di fosforilare la MLCK riducendone così l’attività. Tale} fenomeno è espressivo di un meccanismo dualistico finalizzato a limitare gli effetti negativi conseguenti al sovraccarico di tensione muscolare. La MLCK può anche essere fosforilata dalla chinasi cAMP- dipendente (PKA), con analoga riduzione dell’attività (Amano M, 1996).

Oltre che dall’attività della MLCK la contrazione della muscolatura liscia può anche essere regolata da altri sistemi enzimatici. La proteina ROCK è in grado di fosforilare MLC20 con azione sinergica a quella di MLCK. Ciò si traduce in una condizione di sensitizzazione dell’apparato contrattile al calcio, per cui ad una determinata concentrazione di calcio libero citosolico la forza di contrazione risulta più elevata.

Quindi, in condizioni normali la sensitizzazione al Ca2+ _{mediata dalla via Rho/ROCK} contribuisce alla contrazione della muscolatura liscia delle vie aeree (Figura 2.2).

Allo stato attuale la patologia asmatica viene curata mediante l’utilizzo di broncodilatatori β2 adrenergici e glucocorticoidi. I glucocorticoidi sono impiegati per prevenire il rimodellamento delle vie aeree ma non sono efficaci nel risolvere i cambiamenti strutturali, mentre i β2 agonisti hanno mostrato avere minimi effetti sul fenomeno del rimodellamento delle vie aeree  ( Bateman ED, 2008).

Risulta quindi necessario individuare nuovi targets per rendere più efficace il trattamento della patologia asmatica. Come già detto, le Rho-chinasi hanno un ruolo centrale nello sviluppo dell’asma e quindi sono i nuovi bersagli su cui vanno ad agire nuovi composti con potenziale effetto antiasmatico. In particolare la proteina G monomerica RhoA è stata identificata come il principale attivatore delle Rho chinasi a livello delle vie aeree. Infatti l’isoforma RhoA risulta essere altamente espressa a livello della muscolatura liscia delle vie aeree. Studi condotti su modelli animali di cavia hanno evidenziato valori alti della proteina RhoA dopo l’esposizione all’allergene (Schaafsma D, 2008 A).

Un altro attivatore di RhoA a livello delle vie respiratorie è risultato essere l’acido arachidonico che va ad attivare ROCK in modo indipendente da RhoA, poiché va a legarsi alla porzione C terminale del dominio coiled-coil di ROCK il quale agisce come dominio auto inibitorio.

Da uno studio in vitro è risultato che ROCK regola il rapporto tra actina G e F a livello delle vie aeree (Schaafsma, 2008).

È stato inoltre dimostrato che a livello della muscolatura liscia della trachea bovina l’effetto contrattile degli agonisti muscarinici, totali o parziali, che agiscono a livello del recettore M3, dipendono in modo differente da ROCK (Schaafsma D, 2006 A). La contrazione indotta da basse concentrazioni di entrambi i tipi di agonisti dipendono in maniera diretta dall’attivazione di ROCK, mentre alle massime concentrazioni la presenza di ROCK influenza solo l’azione degli agonisti parziali. Questi dati indicano che il contributo funzionale di ROCK a livello della contrazione indotta dagli agonisti muscarini dipende dalla capacità di mobilizzare il calcio dalle riserve intracellulari (Schaafsma D, 2006 B) (Figura 2.3).

Figura 2.3 I recettori muscarinici mediano la contrazione nella patologia dell’asma in seguito all’attivazione di RhoA

È stato identificato un ruolo recettore-dipende per ROCK nella regolazione della contrazione della muscolatura liscia delle vie aeree. Nella muscolatura liscia della trachea di cavia la contrazione indotta dalla prostaglandina F2α, che agisce attraverso l’interazione con il recettore FP accoppiato alla

proteina Gq\11, viene diminuita dalla presenza di ROCK, mentre la contrazione indotta in seguito alla stimolazione con istamina, a livello del recettore H1, è totalmente indipendente dall’attivazione di ROCK (Schaafsma D, 2004). Un così diverso coinvolgimento di ROCK nella ostruzione delle vie respiratorie indotta dalle prostaglandine e dall’istamina è stata osservata anche in vivo. Inoltre, la contrazione indotta dalle metacolina e da KCl (depolarizzazione della membrana, recettore indipendente) diminuisce parzialmente sotto l’effetto di ROCK (Gosens R, 2004 B).

La contrazione della muscolatura liscia può anche essere regolata da processi di fosforilazione\defosforilazione di alcune proteine regolatrici associate all’actina, in particolare il caldesmone e la h1 calponina. Nella forma defosforilata queste proteine sono legate ad alta affinità all’actina ed ostacolano lo scorrimento dei filamenti sottili su quelli spessi. La fosforilazione della calponina e del caldesmone riducono l’affinità per l’actina facilitandolo scorrimento dei filamenti di miosina su quelli di actina. E’ stato di recente documentato che le Rho GTPase sono in grado di

fosforilare il caldesmone e la calponina facilitando la risposta contrattile della muscolatura liscia tracheo- bronchiale (Schaafsma D, 2008 B).

In modelli di cavia è stato dimostrato che ROCK è coinvolto nell’aumento di resistenza delle vie aeree indotta da molti agonisti come l’acetilcolina, PGF2α e l’istamina e che l’inalazione di un inibitore di ROCK (Y-27632) può causare una considerevole bronco protezione in condizioni basali.

Da questi dati si può concludere che ROCK è coinvolto nello sviluppo della patologia dell’asma (Schaafsma D, 2008 B).