Regulation of RAS-GTPase Activity by Oncofetal Chondroitin Sulfate (Chondroitin 4-Sulfate) and Arylsulfatase B

Il cancro spesso inizia con un singolo interruttore rotto all'interno di una cellula. Questo interruttore è una proteina chiamata RAS, che agisce come un guardiano per la crescita cellulare. Quando il cancello è chiuso, la cellula rimane calma; quando è aperto, la cellula riceve il segnale per dividersi. In molti tumori aggressivi, questo cancello rimane bloccato in posizione aperta, causando una proliferazione incontrollata delle cellule. Per decenni, gli scienziati hanno lottato per riparare questo interruttore rotto perché la forma della proteina rende quasi impossibile per i farmaci standard afferrarlo. Sebbene farmaci recenti abbiano imparato a colpire versioni specifiche e rotte di questo interruttore, essi non funzionano per ogni paziente, e il cancro trova spesso un modo per resistere loro. Ciò ha spinto i ricercatori a cercare una strategia diversa: invece di cercare di riparare direttamente l'interruttore rotto, stanno cercando modi per spegnere il segnale che dice all'interruttore di rimanere aperto in primo luogo.

Uno studio recente condotto da ricercatori del Jesse Brown VA Medical Center esplora una via sorprendente per risolvere questo problema. Hanno scoperto che l'attività dell'interruttore RAS è profondamente connessa a una molecola di zucchero presente sulla superficie delle cellule, nota come condroitin 4-solfato. Questo zucchero fa parte di una famiglia più ampia di molecole che rivestono le nostre cellule, agendo in modo simile a una coperta protettiva o a una rete di comunicazione. I ricercatori si sono concentrati su un enzima chiamato Arilsulfatasi B, che agisce come una coppia di forbici molecolari. Il suo compito è quello di tagliare un'etichetta chimica specifica, un gruppo solfato, dallo zucchero condroitin 4-solfato. Quando questo enzima lavora normalmente, mantiene lo zucchero in uno stato specifico. Ma quando l'enzima è assente o silenziato, lo zucchero si accumula con troppe etichette di solfato attaccate.

Il team si è posto l'obiettivo di vedere cosa accade all'interruttore RAS quando questo equilibrio degli zuccheri viene disturbato. Hanno lavorato con cellule di melanoma umano, che sono un tipo di cancro alla pelle, nonché con cellule cutanee normali e cellule dell'intestino. In laboratorio, hanno utilizzato un metodo preciso per silenziare il gene che produce l'enzima Arilsulfatasi. Come previsto, il silenziamento dell'enzima ha causato l'accumulo dello zucchero condroitin 4-solfato. Ciò che hanno scoperto in seguito è stato sorprendente: l'interruttore RAS, che avrebbe dovuto essere calmo, è passato improvvisamente allo stato attivo. L'attività di questo interruttore è aumentata drasticamente, con incrementi di ben il 222% in alcuni casi. Al contrario, quando i ricercatori hanno reinserito nelle cellule una versione artificiale dell'enzima, i livelli di zucchero sono scesi e l'attività dell'interruttore RAS è diminuita di oltre la metà. Questo schema si è mantenuto non solo in una coltura di cellule, ma anche in topi con tumori melanomici, dove il trattamento degli animali con l'enzima ha ridotto l'attività dell'interruttore RAS nei loro tumori polmonari e cutanei.

Per capire come una molecola di zucchero possa controllare un interruttore proteico, i ricercatori hanno ricostruito i passaggi intermedi. Hanno scoperto che l'accumulo dello zucchero solfatato cambia il modo in cui altre molecole nella cellula interagiscono. Nello specifico, una proteina chiamata galectina-3, che di solito aderisce allo zucchero, trova più difficile legarsi quando lo zucchero è sovraccarico di gruppi solfato. Ciò lascia la galectina-3 libera di fluttuare nella cellula. Questa proteina fluttuante innesca poi una reazione a catena che aumenta la produzione di un'altra proteina chiamata EGFR. L'EGFR è un recettore sulla superficie cellulare che agisce come un'antenna, ascoltando i segnali di crescita. Quando c'è più di questa antenna, la cellula diventa ipersensibile ai segnali di crescita, il che a sua volta forza l'interruttore RAS a rimanere aperto. I ricercatori hanno confermato questo fatto dimostrando che, se avessero bloccato la produzione di EGFR o interrotto i passaggi di segnalazione che portano ad esso, l'impennata dell'attività di RAS sarebbe scomparsa, anche con livelli di zucchero elevati.

Lo studio ha anche esaminato come la cellula crea questi tag di solfato in primo luogo. Le etichette vengono aggiunte da enzimi chiamati solfotrasferasi, che si affidano a una fonte di carburante universale chiamata PAPS. Quando i ricercatori hanno ridotto la quantità di questa fonte di carburante, l'attività complessiva dell'interruttore RAS è scesa leggermente, suggerendo che la capacità della cellula di solfatare i suoi zuccheri è direttamente collegata a quanto intensamente lavora l'interruttore RAS. Interessantemente, hanno scoperto che non tutti gli enzimi che modificano gli zuccheri avevano lo stesso effetto. Rimuovere la capacità di aggiungere un diverso tipo di etichetta, un gruppo 6-solfato, non ha cambiato affatto l'interruttore RAS. Ciò ha confermato che l'etichetta specifica 4-solfato sul zucchero condroitin è il fattore critico che guida il cambiamento.

La connessione tra lo zucchero e l'interruttore è così forte che i ricercatori hanno trovato una corrispondenza quasi perfetta tra la quantità di condroitin 4-solfato nelle cellule e l'attività dell'interruttore RAS. Man mano che i livelli di zucchero aumentavano, l'attività dell'interruttore aumentava di pari passo. Hanno anche testato una proteina chiamata VAR2CSA, nota per legarsi strettamente a questo specifico tipo di zucchero. Hanno scoperto che, quando i livelli di zucchero erano alti a causa della mancanza dell'enzima, la VAR2CSA si legava ad esso molto più fortemente, confermando ulteriormente che la struttura dello zucchero era cambiata in modo da alterare le sue interazioni con altre proteine.

Questo lavoro suggerisce un nuovo modo di pensare al controllo della crescita del cancro. Invece di cercare di forzare la chiusura dell'interruttore RAS rotto, potrebbe essere possibile abbassare i livelli dello zucchero specifico che lo mantiene aperto. Ripristinando l'attività dell'enzima Arilsulfatasi o bloccando la produzione dello zucchero solfatato, potrebbe essere possibile ridurre il volume dei segnali di crescita che guidano i tumori. I ricercatori osservano che, mentre nuovi farmaci vengono sviluppati per colpire mutazioni specifiche nel RAS, questo approccio offre un angolo diverso che potrebbe funzionare per molti tipi di cancro, indipendentemente dalla mutazione specifica presente. Le scoperte indicano una via biologica in cui la chimica delle molecole di zucchero sulla superficie cellulare può dettare il comportamento dei più famosi motori del cancro, offrendo un nuovo bersaglio per le future terapie.