Controlul precis al semnalizării calciului poate îmbunătăți terapiile CAR-T viitoare
Calciul este cunoscut în principal pentru rolul său în menținerea oaselor și dinților puternici, dar este și unul dintre cei mai importanți mesageri celulari ai organismului.
Semnalele de calciu ajută la reglarea contracției musculare, funcției neuronale, activării celulelor imune și multor altor procese fiziologice. Deoarece celulele se bazează pe semnalele de calciu pentru a decide când și cât de puternic să reacționeze, mișcarea calciului trebuie să fie controlată cu precizie.
La nivel celular, un traseu major de semnalizare a calciului este cunoscut sub numele de intrare de calciu operată de depozit, sau SOCE. În acest traseu, reticulul endoplasmatic – un depozit intracelular major de calciu – acționează ca un sistem de detectare și aprovizionare. Când nivelurile de calciu din interiorul reticulului endoplasmatic scad, proteina stromal interaction molecule 1 (STIM1) detectează schimbarea și activează canalele ORAI din membrana plasmatică. ORAI1 formează porul canalului de calciu activat de eliberarea de calciu, sau canalul CRAC, permițând calciului din exteriorul celulei să intre în citosol și să declanșeze semnalizarea ulterioară.
Înțelegerea modului în care funcționează acest traseu și cum poate fi controlat atunci când nu funcționează este obiectivul cercetării conduse de Yubin Zhou, director al Centrului pentru Cercetări Translatională în Cancer la Texas A&M Health Institute of Biosciences and Technology și profesor la Naresh K. Vashisht College of Medicine. Lucrând cu colaboratorii Guolin Ma, PhD, de la MD Anderson și Qing Deng, PhD, de la Purdue University, echipa lui Zhou a publicat recent un studiu în Nature Communications descriind legături inhibitory CRAC (CRABs) concepute pentru a interfera selectiv cu comunicarea STIM-ORAI și a reduce intrarea de calciu prin canalele CRAC.
Tien-Hung Lan, cercetător proiect la Texas A&M Health în laboratorul lui Zhou și coautor al acestui studiu, a subliniat importanța semnalizării calciului pentru funcționarea de bază a celulelor.
Semnalele de calciu sunt esențiale pentru funcționarea celulelor. Există mai multe căi prin care calciul poate intra în celulă, iar canalele CRAC sunt unele dintre principalele căi. Acestea sunt deosebit de importante în celulele imune, inclusiv în celulele T.
Celulele T se bazează pe canalele CRAC pentru a menține semnalele de calciu care activează factori de transcripție precum NFAT, care contribuie la activarea celulelor imune și producția de citokine. Când acest traseu este defectuos, celulele imune pot să nu răspundă corect. Când este excesiv sau activat cronic, poate contribui la apariția bolii.
Cercetările anterioare au arătat că activitatea canalului CRAC depinde în mare măsură de două componente esențiale. ORAI1 formează canalul selectiv pentru calciu din membrana plasmatică. STIM1, situat în membrana reticulului endoplasmatic, detectează atunci când depozitele interne de calciu sunt epuizate. Odată activat, STIM1 se deplasează către locurile de contact membrană ER-membrană și se leagă de ORAI1, deschizând canalul și permițând influxul de calciu.
„Au existat eforturi continue în comunitate pentru a înțelege cum interacționează proteinele STIM și ORAI”, a spus Lan. „În timp ce studiam această interfață, ne-am dat seama că un peptid derivat din ORAI ar putea fi folosit ca un decoy pentru a concura pentru legarea STIM1 și a preveni deschiderea canalului endogen.”
Inhibarea competitivă este un proces prin care o moleculă se poate lega de o proteină într-o poziție destinată unei alte molecule. Spre deosebire de un blocant tradițional de canal, echipa de cercetare a conceput legături peptidice care împiedică STIM1 să interacționeze cu canalele ORAI și, prin urmare, reduc influxul de calciu și semnalizarea ulterioară. Pentru a testa dacă aceste legături peptidice ar putea contracara activarea patologică a canalului CRAC, laboratorul lui Zhou a folosit un model de pește zebră al sindromului Stormorken. Sindromul Stormorken este o afecțiune rară multi-sistem, legată de activitatea excesivă a canalului CRAC. Pacienții pot experimenta număr scăzut de plachete (trombocitopenie), probleme de sângerare, slăbiciune musculară sau crampe, miosă (pupile punctiforme) și alte simptome.
„Cu mutațiile gain-of-function vor exista consecințe”, a spus Zhou. „Celulele vor muri pentru că sunt inundate de calciu în exces. În al doilea rând, poate cauza slăbiciune musculară și crampe, iar mulți pacienți vor avea, de asemenea, probleme de sângerare.”
În studiul lor, echipa de cercetare arată că legăturile pe care le-au proiectat – numite CRABs, pentru legături inhibitory ale canalului CRAC – vizează specific canalul CRAC și ajută la restabilirea producției de celule esențiale numite progenitori trombocitari, care sunt necesare pentru prevenirea sângerărilor anormale.
După ce au proiectat aceste legături, laboratorul lui Zhou își îndreaptă acum atenția către modul în care platforma ar putea fi adaptată pentru aplicații mai largi, inclusiv strategii viitoare pentru a îmbunătăți imunoterapiile celulare. Terapia CAR-T a transformat tratamentul pentru unele tipuri de cancer de sânge, dar siguranța și durabilitatea rămân provocări. Semnalizarea calciului excesivă sau cronică poate contribui la semnalizarea tonic, epuizarea celulelor T și producția de citokine.
„Există efecte secundare semnificative și provocări de durabilitate în terapia CAR-T, iar semnalizarea calciului este un traseu care poate contribui la supraactivare sau epuizare”, a spus Lan. „Dacă putem regla acest traseu mai degrabă decât să-l oprim permanent, am putea extinde fereastra terapeutică și îmbunătăți performanța celulelor imune inginerizate.”
Ce înseamnă acest lucru pentru pacienții diagnosticați cu afecțiuni legate de canalul CRAC sau pentru cei care sunt tratați cu imunoterapie celulară? Ar putea reprezenta un alt pas către medicina de precizie. Oferă o dovadă de concept pentru o abordare mai precisă: controlul codificat genetic, ajustabil al unui traseu cheie de intrare a calciului cu ajutorul luminii sau al substanțelor chimice.
Totuși, Zhou a menționat că descoperirile indică un obiectiv mai larg în medicina de precizie.
„Viziunea pe termen lung este de a crea unelte moleculare care pot ajusta semnalizarea celulară cu precizie”, a spus Zhou. „CRABs ne oferă o modalitate de a pune o frână ajustabilă asupra activității celulelor T, ceea ce ar putea fi util pentru studierea mecanismelor bolii și, în cele din urmă, pentru proiectarea unor terapii bazate pe celule imune mai sigure și mai controlabile.”
