Macrophage lncRNA SIMALR at TNFAIP3 risk locus encodes HLA class II-binding micropeptides in type 1 diabetes

Il diabete di tipo 1 è una condizione in cui il sistema immunitario del corpo attacca e distrugge erroneamente le cellule del pancreas che producono insulina. Per decenni, gli scienziati hanno saputo che il codice genetico di una persona contiene gli indizi sul perché ciò accada. Mentre alcuni di questi indizi si trovano nella famosa regione HLA, che funge da importante centro di controllo per il sistema immunitario, i ricercatori hanno anche identificato decine di altri punti genetici che aumentano il rischio della malattia. Il problema è che la maggior parte di questi punti non contiene istruzioni per produrre proteine, i motori delle nostre cellule. Invezione, si trovano in quello che gli scienziati chiamano "genoma oscuro", una vasta area del DNA che un tempo era considerata silenziosa o inutile. La grande domanda è stata: cosa sta accadendo in queste regioni oscure e come innescano un attacco al pancreas?

Un nuovo studio del ricercatore indipendente Reza Anvaripour getta luce su uno di questi misteriosi punti. Situata sul cromosoma 6, quest'area è nota per essere un forte fattore di rischio per il diabete di tipo 1, ma fino ad ora nessuno sapeva esattamente quale gene o molecola fosse responsabile del pericolo. Il ricercatore si è concentrato su una specifica variante genetica, una minuscola variazione nel codice del DNA, che è legata alla malattia. Osservando come le cellule umane rispondono ai segnali chimici dell'infiammazione, lo studio ha scoperto un attore nascosto: un lungo filamento di materiale genetico chiamato SIMALR. Questa molecola, presente nelle cellule immunitarie chiamate macrofagi, sembra essere un tassello fondamentale del puzzle, offrendo potenzialmente una nuova spiegazione su come il sistema immunitario venga ingannato per attaccare il corpo.

L'indagine è iniziata prendendo cellule pancreatiche umane, proprio le cellule che vengono distrutte nel diabete di tipo 1, ed esponendole a un cocktail di sostanze chimiche infiammatorie. Queste sostanze mimano l'ambiente di un attacco immunitario attivo. I ricercatori hanno poi osservato come reagivano le cellule, cercando specificamente cambiamenti nel genoma oscuro. Hanno scoperto che, quando queste cellule venivano stressate dall'infiammazione, risvegliavano un gran numero di filamenti genetici precedentemente silenziosi. Tra i cinquantatré filamenti che sono diventati attivi, uno si è distinto. Era SIMALR, una molecola di RNA non codificante lungo situata a soli 59.000 lettere dal noto punto di rischio sul cromosoma.

Ciò che rendeva SIMALR così interessante era il suo comportamento. Appariva in ognuna dei diciannove donatori testati, attivandosi fortemente ogni volta che erano presenti le sostanze chimiche infiammatorie. Fondamentalmente, questa reazione era specifica per il tipo di diabete studiato. Quando i ricercatori hanno esaminato le cellule di persone con diabete di tipo 2, una forma diversa della malattia, SIMALR rimaneva silente. Ciò suggerisce che la molecola non sia solo una risposta generale allo stress, ma una parte specifica del meccanismo dietro il diabete di tipo 1. Lo studio ha anche scoperto che SIMALR è regolata da due grandi interruttori nella cellula, noti come NF-kB e STAT3, che sono famosi per controllare come il sistema immunitario risponde alle minacce.

La scoperta più sorprendente è avvenuta quando i ricercatori hanno esaminato più da vicino la molecola SIMALR stessa. Sebbene fosse classificata come "non codificante", ovvero non doveva produrre proteine, lo studio ha previsto che in realtà nasconda brevi istruzioni per produrre minuscole parti di proteine chiamate micropeptidi. I ricercatori hanno utilizzato modelli informatici per vedere se questi piccoli pezzi potessero incastrarsi nelle serrature del sistema immunitario, specificamente nelle molecole HLA di classe II, che sono note per essere coinvolte nel diabete di tipo 1. I risultati sono stati sorprendenti. I modelli hanno previsto che diversi di questi micropeptidi si legherebbero strettamente alle serrature immunitarie associate alla malattia, in particolare a un tipo chiamato DQ8 e un altro chiamato DRB1*03:01.

Forse più importante ancora, questi minuscoli peptidi non somigliavano a nessuno dei target noti dell'attacco immunitario. Nel diabete di tipo 1, il sistema immunitario attacca solitamente proteine specifiche prodotte dalle cellule che producono insulina, come l'insulina stessa o la GAD65. I ricercatori hanno confrontato i peptidi SIMALR con un database di oltre 1.900 target noti e non hanno trovato corrispondenze. Ciò suggerisce che SIMALR potrebbe presentare un tipo completamente nuovo di bersaglio al sistema immunitario, uno che non proviene dalle cellule beta stesse, ma dalle cellule immunitarie che le circondano. Questo significherebbe che il sistema immunitario sta attaccando un tipo diverso di antigene, ampliando l'ambito noto della malattia.

Per vedere se questa molecola esiste nel mondo reale, i ricercatori hanno controllato i dati di campioni di sangue umano. Hanno scoperto che SIMALR è presente nei monociti, un tipo di globulo bianco che agisce come macrofago. Sebbene la molecola fosse rilevabile nel sangue, i suoi livelli non distinguevano chiaramente le persone con diabete di tipo 1 dalle persone sane nei grandi dataset esaminati. Tuttavia, in un gruppo più piccolo di persone che si trovavano nelle prime fasi dello sviluppo della malattia, i livelli di SIMALR apparivano più alti, suggerendo che potrebbe essere più attiva durante l'esordio della condizione.

Lo studio ha anche affrontato un ostacolo significativo quando ha cercato di trovare questi minuscoli peptidi in tessuti reali. I ricercatori hanno cercato in un enorme database di peptidi trovati nelle cellule pancreatiche umane, ma non hanno trovato alcun pezzo di SIMALR. Questo risultato negativo non è necessariamente un fallimento; probabilmente significa che i peptidi sono prodotti in quantità così piccole o in un tipo di cellula così specifico all'interno del pancreas da essere troppo rari per essere catturati in una ricerca generale. I ricercatori suggeriscono che, per trovarli, gli scienziati dovrebbero cercare specificamente le cellule immunitarie che vivono all'interno del pancreas, piuttosto che l'intero organo mescolato insieme.

L'articolo conclude che SIMALR è un forte candidato per essere l'anello mancante in questo specifico punto di rischio genetico. È una molecola che si attiva solo quando il sistema immunitario è in uno stato di infiammazione, si trova nelle cellule immunitarie e produce minuscoli frammenti proteici ai quali il sistema immunitario è noto per reagire nel diabete di tipo 1. Sebbene lo studio si basi sull'analisi informatica e sui dati esistenti piuttosto che su nuovi esperimenti di laboratorio, fornisce un'ipotesi chiara e testabile. Suggerisce che il sistema immunitario potrebbe stare attaccando un nuovo bersaglio, che risiede nei macrofagi piuttosto che nelle cellule dell'insulina. Questo apre una nuova porta per la comprensione della malattia, spostando l'attenzione non solo sulle cellule che vengono distrutte, ma anche sulle cellule immunitarie che compiono la distruzione. Il prossimo passo per la scienza è portare questa previsione in laboratorio e vedere se questi minuscoli peptidi vengono effettivamente mostrati al sistema immunitario nei pazienti con diabete di tipo 1.