Il fallimento dell'autofagia favorisce la degenerazione del disco intervertebrale attraverso l'iperattivazione di mTORC1

La degenerazione del disco intervertebrale è una delle principali cause di lombalgia cronica e disabilità. I trattamenti attuali alleviano soprattutto i sintomi o affrontano i problemi strutturali, anziché ripristinare la biologia del disco. Questo studio ha indagato come l'alterazione dell'autofagia mediata da chaperone (CMA), una via selettiva di eliminazione delle proteine a livello lisosomiale, contribuisca alla degenerazione delle cellule del nucleo polposo, al centro del disco.

I ricercatori hanno dapprima sovraespresso Midnolin (MIDN) in cellule di nucleo polposo di ratto sane ed eseguito RNA-seq e proteomica. Le vie interessate comprendevano le risposte all'interleuchina-1, la senescenza cellulare, l'organizzazione della matrice extracellulare e la segnalazione di p53, TGF-β e mTOR. L'analisi della rete di interazione proteica ha evidenziato un hub TSC2-RHEB-MTOR. I confronti sui tessuti umani hanno utilizzato campioni non degenerati di grado Pfirrmann I-II, ottenuti da interventi chirurgici per scoliosi, e campioni degenerati di grado IV-V. Lo studio ha inoltre impiegato cellule di ratto trattate con IL-1β, scegliendo la concentrazione di 20 ng/mL, e un modello di ratto con puntura della coda con ago. La Figura 2 descrive imaging, misurazioni dell'altezza del disco e valutazione istologica a otto settimane per l'esperimento di manipolazione di MIDN.

I livelli proteici di MIDN aumentavano con la gravità della degenerazione del disco umano. Nelle cellule trattate con IL-1β, la proteina MIDN aumentava mentre il suo mRNA diminuiva. Gli autori hanno interpretato questa discrepanza tra trascritto e proteina come indicativa di un'alterata degradazione post-traduzionale; di per sé, tuttavia, essa non esclude variazioni nella sintesi proteica. In condizioni infiammatorie, la sovraespressione di MIDN peggiorava le alterazioni correlate alla matrice, tra cui l'aumento di MMP3 e MMP13 e la riduzione di COL2A1, e aumentava i marcatori associati alla senescenza. Il knockdown di MIDN invertiva questi cambiamenti. Anche la colorazione SA-β-gal supportava un aumento della senescenza con la sovraespressione di MIDN e una sua attenuazione con il knockdown.

L'abstract riporta una ridotta attività della CMA nelle cellule derivate da pazienti e nel modello cellulare infiammatorio di ratto, con conseguente accumulo di MIDN, identificata come substrato della CMA. La MIDN accumulata si lega direttamente a TSC2 e ne promuove la degradazione. La perdita di TSC2 elimina l'inibizione di mTORC1, favorendo la senescenza cellulare, il fenotipo secretorio associato alla senescenza e la degradazione della matrice. Il titolo indica la degradazione proteasomica, e l'introduzione discute il possibile ruolo di MIDN nell'eliminazione proteasomica indipendente dall'ubiquitina. Tuttavia, l'estratto fornito non include esperimenti dettagliati sul dominio di legame, sugli inibitori o sull'ubiquitinazione che stabiliscano tale meccanismo.

Gli autori riportano che il knockdown di MIDN, l'attivazione della CMA tramite sovraespressione di LAMP2A o l'inibizione di mTORC1 con rapamicina hanno attenuato in modo significativo la senescenza e la degenerazione indotte, sia in vitro sia nel modello di ratto. I tessuti umani hanno fornito evidenze osservazionali, non evidenze di efficacia del trattamento nei pazienti.

Nel complesso, i risultati supportano un asse composto da CMA alterata, accumulo di MIDN, degradazione di TSC2 e attivazione di mTORC1, e individuano tre potenziali punti di intervento. Tra i limiti importanti vi sono il ricorso a modelli di ratto e a modelli di infiammazione indotta, n=3 riportato nelle legende delle figure fornite e l'assenza di dati di intervento sull'uomo. L'estratto si interrompe nella sezione 2.2 dei Risultati, il che limita la verifica dei successivi esperimenti meccanicistici e dei risultati dettagliati dei trattamenti sugli animali.