Ruolo del BRAF

Le mutazioni del gene BRAF possono aprire importanti risvolti sia diagnostici che terapeutici in diverse tipologie neoplastiche, sia dell’uomo che del cane.

Le cellule dei mammiferi contengono 3 distinti proto-oncogeni ras (H-ras, K-ras, N-ras )che codificano per la 4 proteine Ras (p21), H-

ras,N-Ras,K-ras , a sua volta distinta in 4KA e 4KB, strettamente correlate tra loro . Agli estremi C-terminali di queste molecole si trovano, tramite legame covalente, delle code lipidiche (costituite da diversi gruppi palmitilici, farnesilici o combinazioni) in grado di permetterne l’ancoraggio delle sopramenzionate proteine alla superficie interna della membrana cellulare. Queste isoforme mostrano una omologia del 98-100% della sequenza aminoacidica tra forme umane e canine. Questo ha portato allo sviluppo di diversi studi sul ruolo delle mutazioni Ras in oncologia del cane al fine di utilizzarli come modelli di comparazione per la patologia umana (Jinesh et al, 2018; Mochizuki e Breen, 2016).

Queste proteine divennero un punto chiave nella ricerca in campo oncologico in seguito all’ osservazione che, i retrovirus oncogeni contenevano gli oncogeni H-ras e K-ras (rispettivamente i virus del sarcoma di Harvey e Kirsten) (Jinesh et al, 2018).

La proteina Ras funziona come un interruttore. Si accende e si spegne a seconda che leghi il nucleotide guanosinico GTP(on) o GDP(off). Il meccanismo che sta alla base all’ attivazione della proteina Ras da una forma inattiva ad una forma attiva, è rappresentata da stimoli mitogeni che arrivano da recettori tirosinchinasici. Questi sono infatti in grado di attivare una proteina intermedia (GEF-guanine –nucleotide

exchange factor) che porta Ras a liberarsi di GDP per legarsi a GTP.

Una volta attivata la proteina questa fa da ponte, collegando e prolungando segnali che da monte sono trasmessi a valle. Una volta fatto ciò la proteina ritorna ad una forma inattiva mediante un’idrolisi favorita dalla proteina GAP. (Figura 38)

Figura 38: meccanismo di attivazione della proteina Ras

Fu quindi di fondamentale importanza la scoperta che la proteina Ras, codificata dal virus del sarcoma di Harvey, era in grado di mantenersi attivata in modo perenne. Infatti l’assenza di attività GTPasica impediva di fatto alla proteina di spegnersi. Proprio l’osservazione dei geni ras misero in evidenza la quasi costante presenza di mutazioni nei codoni 12,13 e 61. Il motivo di tale localizzazione risiede sia nella loro particolare sensibilità ad agenti cancerogeni, sia al fatto che nei residui aminoacidi presenti in questi codoni risiede l’attività GTPasica (Stenman et al, 2016).

Durante lo studio della modalità di trasmissione del segnale mediato dai recettori tirosinchinasici si nota la presenza di una doppia e distinta capacità di trasduzione:

a- legame con fattori solubili (fattori di crescita). Utilizzano questa via recettori come EGFR e PDGFR

b- legame attraverso l’ancoraggio a molecole (non solubili) presenti sulla ECM. Tipicamente funzionano in questo modo le integrine

In questo modo la cellula permette, attraverso questo doppio controllo, il controllo della reale ed effettiva necessità di iniziare un processo di crescita e divisione (Lau et al, 2014)

Questi due pre-requisiti fondametali sono elusi dalla proteina ras – modificata. Questa proteina è difatto in grado di mimare questi due

meccanismi di controllo (Fuentes –Calvo et al, 2012).

La svolta nella comprensione del ruolo di Ras come interruttore

molecolare avvenne durante gli studi sulla genetica dello sviluppo

degli occhi dell’insetto (ordine dei Diptera) Drosophila Melanogaster. In particolare si pose l’attenzione su di una serie di geni che erano i responsabili della produzione di sostanze ormonali in grado di regolare la produzione degli ommatidi, elementi fotosensibili costituenti gli occhi della maggior parte degli insetti (vedi figura n. 40).

Ciascun ommatidio è formato da 7 cellule: 6 periferiche ed una centrale

Figura 39: ciascun occhio è formato da migliaia di ommatidi, formanti una sorta di mosaico

(tratto da www.focus.it).

Proprio la scoperta della mutazione da parte di un gene, denominato

sevenless, porta all’ incapacità di produrre la cellula centrale

dell’ommatide. La proteina non prodotta, in seguito a mutazione del

sevenless, è una proteina analoga a EGFR.

Altre analisi mutazionali, a carico di geni simili, in particolare del gene son of sevenless (SOS), portarono al chiarimento che le proteine

(Geissler et al, 2013; Pierre et al, 2011)

Durante gli studi furono individuate proteine intermedie, fondamentali nella cascata del segnale di trasduzione. In particolare 2 molecole si rivelarono adattatrici, ossia in grado di fare da ponte tra recettori di fattori di crescita e la proteina Sos. (Bolanos-Garcia, 2005; Brodie et al; 2005)

1. 1-proteina Shc 2. 2-Grab-2

Si arrivo’ quindi a capire che Ras si attiva attraverso una sequenza lineare di segnali

Figura 40: sequenza lineare del segnale

Tuttavia si conosceva il percorso ma non il modo in cui il segnale si trasmetteva. Ipotesi erano rappresentate dalla capacità di RTK di, tramite fosforilazione, di far assumere assetto tridimensionale a proteine citoplasmatiche e di fatto attivandole, oppure, altra ipotesi era la ricollocazione fisica delle proteine in seguito sempre a fosforilazione dell’attività del recettore tirosinchinasico. Quest’ultima ipotesi si rivelò essere vera, una volta analizzata la struttura della proteina Src, prodotta dal gene v-Src del virus del sarcoma di Rous (Roskoski, 2014)

Ras

Grb Sos

Shc RTK

La capacità di tale proteina di trasformare una cellula normale in neoplastica risultò essere chiara dopo l’analisi cristallografica della proteina. La Src si rivelò essere una proteina tirosinchinasica con 3 domini distinti, presenti anche in altre chinasi

SH1 (dominio catalitico) SH2 (dominio regolatore) SH3(dominio regolatore)

Il dominio catalitico (SH1) è comune in tutti i recettori tirosinchinasici SH2 agisce come un recettore, il cui ligando è un oligopeptide dotato di un residuo tirosinico fosforilato. Ne esistono quindi diversi tipi di SH2. Proprio lo studio di questo legame ha dimostrato come i recettori tirosinchinasici emettono i segnali.

Il recettore, una volta legato il suo ligando, si attiva portando ad esporre una serie di residui fosfotirosinici lungo la sua coda citoplasmatica. La carta di identità del recettore è dato dalla sequenza di aminoacidi che si pongono accanto al residuo fosfotirosinico del lato C-terminale. Sono queste fosfotirosine divengono poi sedi di attivazione per altre proteine contenenti il dominio SH2.Queste proteine sono liberamente disperse nel citosol. Una volta avvenuto il contatto (coda recettore con dominio SH2) inizia la fosforilazione, dettata questa dall’ attività tirosinchinasica del recettore (Lopez et al, 2010)

In questo modo si attivano le cosidette “cascate di segnale”. Queste ultime sono spesso dotate di meccanismi di controllo a “feedback

negativo”, in grado di spegnere l’attività del recettore stesso una volta

Diversi studi hanno identificato, a proteina Ras attivata, 3 cascate di segnale

1-percorso Ras-Raf-MAP chinasi (MAPK pathway) 2-percorso PI3 chinasi (PI3K pathway)