TMPRSS6 Cleavage of β-Klotho Modulates FGF19 Signaling

Il fegato umano è una fabbrica chimica instancabile, che filtra costantemente il sangue, immagazzina energia e gestisce i grassi che alimentano i nostri corpi. Quando questa fabbrica si intasa con grasso in eccesso, una condizione nota come malattia del fegato steatosico associata a disfunzione metabolica, può portare a una grave infiammazione e cicatrizzazione. Per decenni, il trattamento principale per questa condizione è stato il cambiamento dello stile di vita, ma questi sono difficili da mantenere a lungo termine per molte persone. Gli scienziati stanno ora cercando nuovi farmaci per aiutare, e un bersaglio promettente è emerso da un luogo inaspettato: una proteina chiamata TMPRSS6. Questa proteina è un enzima specializzato, un tipo di macchina molecolare che taglia altre proteine per regolarle. È già famosa per il suo ruolo nella gestione dei livelli di ferro nel corpo, ma indizi recenti suggeriscono che svolga anche un ruolo nascosto nel modo in cui il fegato gestisce i grassi. La domanda che guida la nuova ricerca è semplice ma critica: come influenza questo gestore del ferro il grasso epatico e potrebbe fermarlo aiutare a trattare la malattia del fegato?

Per rispondere a questo, i ricercatori dell'Université de Sherbrooke in Canada si sono posti l'obiettivo di trovare i bersagli specifici che TMPRSS6 taglia. Sapevano che, poiché TMPRSS6 si trova sulla superficie delle cellule epatiche, probabilmente frammenta altre proteine che si trovano anch'esse sulla superficie o che fluttuano appena fuori dalla cellula. Per vedere cosa stava tagliando, il team ha fatto crescere cellule epatiche umane in una piastra e ha costretto loro a produrre TMPRSS6 extra. Hanno poi raccolto il liquido che circondava queste cellule e hanno analizzato le proteine che fluttuavano in esso utilizzando una tecnica altamente sensibile chiamata spettrometria di massa, che agisce come una bilancia molecolare per pesare e identificare miglia di diverse proteine contemporaneamente. Confrontando il liquido delle cellule con TMPRSS6 extra rispetto alle cellule senza di esso, hanno cercato le proteine che apparivano o scomparivano. Tra i molti candidati, uno si è distinto: una proteina chiamata beta-klotho. Questa proteina non è un enzima in sé, ma agisce come un importante aiutante, o co-recettore, per due importanti molecole di segnalazione chiamate FGF19 e FGF21. Queste molecole di segnalazione sono come messaggeri che dicono al fegato di bruciare i grassi e di smettere di produrre nuovo grasso. Se la beta-klotho viene danneggiata o rimossa, questi messaggi non possono passare e il fegato può iniziare ad accumulare grasso.

I ricercatori hanno poi testato se la TMP-RSS6 interagisca effettivamente con la beta-klotho e la tagli. Hanno posto entrambe le proteine insieme in un altro tipo di cellula, che non le produce naturalmente, per osservare il loro comportamento in isolamento. Hanno scoperto che, quando la TMP-RSS6 era presente, afferrava fisicamente la beta-klotho e ne tagliava via un grosso pezzo. Questo processo, noto come "shedding" (distacco), rilascia il pezzo tagliato nel liquido circostante e lascia la parte rimanente della beta-klotho attaccata alla superficie cellulare. Fondamentalmente, questo taglio avveniva solo quando la TMP-RSS6 era attiva; quando i ricercatori hanno utilizzato una versione dell'enzima che era stata chimicamente disabilitata, il taglio è cessato. Hanno anche confermato che si trattava di un'azione diretta della TMP-RSS6 e non di un effetto collaterale causato da altri enzimi nella cellula. Utilizzando inibitori specifici che bloccano la TMP-RSS6, hanno dimostrato che il taglio era cessato, provando che l'enzima stesso era responsabile del danno.

Per capire esattamente dove fosse avvenuto il taglio, il team ha analizzato i frammenti di beta-klotho che erano stati rilasciati. Hanno identificato due punti specifici in cui l'enzima aveva effettuato l'incisione. Un taglio è avvenuto in una regione che sembrava interferire con il modo in cui la proteina viene normalmente elaborata da altri enzimi nella cellula. Il secondo taglio è avvenuto in una posizione precisa su un amminoacido specifico, un mattone della catena proteica, che è un bersaglio noto per questo tipo di enzima. Queste scoperte hanno confermato che la TMP-RSS6 non si limita a sfiorare la beta-klotho, ma la smantella attivamente. I ricercatori hanno poi controllato cosa significasse questo per la superficie cellulare. Hanno scoperto che, quando la TMP-RSS6 era attiva, la quantità di beta-klotho integra e completa presente sulla superficie cellulare diminuiva drasticamente. La cellula si ritrovava con meno di questi essenziali aiutanti disponibili per ricevere i segnali.

L'ultimo tassello del puzzle era vedere se questa perdita di beta-klotho cambiasse effettivamente il modo in cui la cellula rispondeva ai segnali di regolazione dei grassi. Il team ha allestito un esperimento in cui poteva misurare quanto fosse forte la reazione della cellula quando stimolata dal messaggero FGF19. Nelle cellule dotate di livelli normali di beta-klotho, il segnale era forte e chiaro. Tuttavia, nelle cellule in cui la TMP-RSS6 era attiva e aveva tagliato la beta-klotho, il segnale era significativamente più debole. La capacità della cellula di rispondere al comando di bruciare i grassi era ridotta di circa il 20 percento. Ciò suggerisce una catena di eventi diretta: la TMP-RSS6 taglia la beta-klotho, il che rimuove l'aiutante necessario per il segnale di bruciare i grassi, il che a sua volta indebolisce la capacità del fegato di gestire i propri livelli di grasso.

Questo studio fornisce una spiegazione nuova e concreta di come la TMP-RSS6 possa contribuire alla malattia del fegato. Sebbene fosse già noto che questo enzima regola il ferro, queste scoperte rivelano una seconda via indipendente attraverso la quale esso interrompe il metabolismo dei grassi del fegato. La ricerca suggerisce che, tagliando l'aiutante beta-klotho, la TMP-RSS6 silenzia efficacemente le istruzioni naturali del fegato per bruciare i grassi. Questa scoperta non prova che bloccare la TMP-RSS6 curerà la malattia del fegato negli esseri umani, poiché gli esperimenti sono stati condotti in colture cellulari piuttosto che in organismi viventi. Tuttavia, offre una solida ragione meccanicistica per credere che inibire questo enzima possa preservare la capacità del fegato di elaborare i grassi. Per gli scienziati che sviluppano nuovi trattamenti, ciò fornisce un bersaglio chiaro: se riescono a impedire alla TMP-RSS6 di tagliare la beta-klotho, potrebbero essere in grado di mantenere attivi i segnali di bruciare i grassi del fegato, offrendo una potenziale nuova strategia per combattere il crescente carico globale della malattia del fegato grasso.