Selinexor, a CRM1 inhibitor with anti-senescence activity, modulates the non- coding transcriptome of Hutchinson–Gilford progeria syndrome fibroblasts

L'invecchiamento è un processo universale, un lento e costante cambiamento nel modo in cui i nostri corpi funzionano che porta inevitabilmente alla fragilità e alla malattia. Sebbene questo accada a tutti, alcune persone lo sperimentano con una velocità terrificante. La sindrome di progeria di Hutchinson-Gilford, spesso chiamata progeria, è una rara condizione genetica in cui i bambini invecchiano di decenni in pochi anni. Questo rapido declino è causato da un singolo errore in un gene che normalmente costruisce una proteina strutturale per il nucleo della cellula, il centro di comando che contiene il nostro DNA. Quando questo gene muta, crea una proteina malformata chiamata progerina. Questa proteina difettosa rimane incastrata nella parete nucleare, distorcendo la forma del nucleo e mandando in tilt le operazioni quotidiane della cellula. Le cellule smettono di dividersi, si danneggiano e muoiono prematuramente, portando all'invecchiamento accelerato osservato nei pazienti. Per decenni, gli scienziati si sono concentrati su come questa cattiva proteina cambi le istruzioni per produrre altre proteine, ma hanno ampiamente ignorato un vasto, strato nascosto di materiale genetico che non produce affatto proteine.

Questo strato nascosto è composto da lunghi RNA non codificanti. Pensate al genoma come a una massiccia biblioteca. La maggior parte dei libri in questa biblioteca sono manuali di istruzioni per costruire proteine, le macchine che fanno funzionare le nostre cellule. Tuttavia, una grande porzione della biblioteca contiene libri che non forniscono istruzioni dirette per costruire oggetti. Invece, questi lunghi RNA non codificanti agiscono come bibliotecari o manager; decidono quali manuali di istruzioni vengono letti, quanto forte vengono letti e quando devono essere chiusi. In una cellula sana, questi manager mantengono la biblioteca in funzione regolarmente. In una cellula con la progeria, il nucleo distorto probabilmente confonde questi manager, causando una cattiva gestione della biblioteca. Questa confusione potrebbe essere una delle ragioni principali per cui le cellule invecchiano così rapidamente. Fino ad ora, nessuno aveva mappato esattamente come questi manager genetici si comportano nelle cellule con progeria o se un farmaco specifico potesse correggere il loro comportamento.

I ricercatori hanno intrapreso l'esplorazione di questo territorio inesplorato esaminando l'attività genetica di cellule cutanee prelevate da un paziente con progeria e confrontandole con cellule cutanee sane. Hanno utilizzato una tecnica potente che legge l'intera produzione genetica delle cellule, permettendo loro di vedere non solo le istruzioni per la produzione di proteine, ma anche l'attività di questi manager RNA non codificanti lunghi. L'analisi ha rivelato una chiara differenza tra i due gruppi. Nelle cellule con progeria, i manager si comportavano in modo erratico. Alcuni urlavano istruzioni che avrebbero dovuto essere silenziose, mentre altri erano silenziosi quando avrebbero dovuto essere attivi. Questo caos non era casuale; era concentrato in aree specifiche delle operazioni cellulari, in particolare nelle vie che controllano la velocità con cui le cellule crescono e quando decidono di smettere di dividersi ed entrare in uno stato di riposo permanente, noto come senescenza. Lo studio ha scoperto che i manager genetici erano pesantemente coinvolti in un sistema di segnalazione critico chiamato mTOR, che funge da hub centrale per la crescita cellulare e il rilevamento dei nutrienti. Nelle cellule malate, questo sistema era bloccato in uno stato di disfunzione.

Il team ha poi testato se un farmaco chiamato selinexor, che in precedenza aveva mostrato promesse nel rallentare l'invecchiamento di queste cellule, potesse anche ripristinare l'ordine in questa biblioteca genetica. Il selinexor funziona bloccando una specifica porta d'uscita nel nucleo, impedendo a certe proteine di uscire e cambiando così il modo in cui la cellula elabora le informazioni. Quando i ricercatori hanno trattato le cellule con la progeria con questo farmaco, i risultati sono stati sorprendenti. Il comportamento caotico dei manager RNA non codificanti lunghi ha iniziato a calmarsi. Il farmaco non ha semplicemente spento o acceso tutto; ha specificamente invertito gli errori causati dalla proteina progerina. I manager che urlavano troppo forte si sono zittiti, e quelli che erano troppo silenziosi hanno ricominciato a parlare. Questa correzione ha portato il profilo genetico delle cellule malate molto più vicino a quello delle cellule sane.

Per essere sicuri che queste scoperte fossero reali e non solo un errore informatico, gli scienziati hanno eseguito un secondo controllo, più diretto, su quattro specifici manager genetici che si erano distinti nei loro dati. Hanno misurato i livelli di queste quattro molecole nelle cellule utilizzando un test di laboratorio preciso. I risultati hanno confermato la scoperta iniziale. Nelle cellule con progeria non trattate, tre di questi manager erano presenti in quantità molto maggiori rispetto alle cellule sane, mentre uno era significativamente più basso. Dopo il trattamento con il farmaco, i livelli di queste quattro molecole sono tornati verso la normalità. Uno dei manager più importanti, noto come H19, è risultato essere estremamente alto nelle cellule malate, uno stato che il farmaco è riuscito a ridurre. Un altro manager, MBNL1-AS1, era troppo basso nello stato di malattia ma è risalito dopo il trattamento. I ricercatori hanno anche testato questo in un diverso tipo di modello cellulare dove potevano accendere e spegnere la produzione della cattiva proteina progerina come un interruttore. Quando attivavano la proteina cattiva, i livelli di questi manager cambiavano esattamente come avevano visto nelle cellule del paziente. Quando aggiungevano il farmaco, i cambiamenti si invertivano.

Lo studio suggerisce che il farmaco selinexor aiuta le cellule a resistere all'invecchiamento non solo riparando i problemi strutturali causati dalla proteina cattiva, ma correggendo il sistema di gestione genetica che controlla la crescita e il riposo cellulare. Ripristinando il corretto equilibrio di questi lunghi RNA non codificanti, il farmaco sembra riattivare le vie che mantengono le cellule sane e impediscono loro di entrare in uno stato di invecchiamento permanente. I ricercatori hanno identificato che questa correzione prende di mira specificamente la via mTOR e il programma di senescenza cellulare, due sistemi critici che vanno fuori controllo nella progeria. Sebbene lo studio non dimostri che questo sia l'unico modo in cui il farmaco funzioni, fornisce prove solide che questi manager genetici siano attori chiave nella malattia e che correggerli sia una strategia di trattamento percorribile. Il lavoro evidenzia che comprendere l'invecchiamento richiede di guardare oltre le istruzioni per la produzione di proteine e verso il complesso sistema di gestione che le controlla, offrendo una nuova prospettiva su come potremmo un giorno rallentare o invertire il processo di invecchiamento negli esseri umani.