Come la Progerina Sabota la Propria Pulizia Cellulare — e Come Contrastarla

Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome (HGPS) è causata da una mutazione puntiforme nel gene della lamina A che produce la progerina — una proteina troncata e permanentemente farnesilata che destabilizza l'involucro nucleare e accelera l'invecchiamento cellulare precoce. Sebbene si ritenga ampiamente che un'autofagia disfunzionale sia alla base dell'accumulo di progerina, nessuno studio completo aveva finora mappato sistematicamente il punto esatto della cascata autofagica in cui si verifica il guasto. Questo lavoro fornisce tale mappa, utilizzando più linee di fibroblasti derivati da pazienti con HGPS, fibroblasti BJ ingegnerizzati che esprimono stabilmente la progerina e una batteria di strumenti molecolari, di imaging e trascriptomici.

Lo studio ha innanzitutto confermato che l'autofagia è basalmente sovraregolata nelle cellule HGPS — sia i puncta di LC3 (marcatori degli autofagosomi) sia i livelli proteici di LC3-II erano significativamente elevati dopo trattamento con clorochina nei fibroblasti HGPS-1 e HGPS-2 rispetto ai controlli wild-type (WT). Anche i vacuoli autofagici quantificati tramite citometria a flusso Cyto-ID e i livelli di p62/SQSTM1 (un substrato dell'autofagia selettiva) erano significativamente aumentati nelle cellule HGPS-1 trattate con CQ rispetto alle cellule WT trattate con CQ. Tuttavia, in condizioni di digiuno associate all'inibizione delle proteasi lisosomiali (E64D e pepstatina A), il rapporto di turnover lisosomiale LC3-II/LC3-I risultava significativamente ridotto nei fibroblasti HGPS-1 rispetto a quelli WT, individuando un difetto nella clearance lisosomiale piuttosto che nell'iniziazione degli autofagosomi.

Utilizzando una sonda retrovirale per il flusso autofagico GFP-LC3-RFP-LC3ΔG nei fibroblasti BJ, il gruppo di ricerca ha dimostrato direttamente che l'espressione della progerina blocca la degradazione autofagica: le cellule che esprimono la progerina mostravano elevata fluorescenza GFP-LC3 e accumulo di LC3-II in condizioni di digiuno, all'opposto del flusso osservato nei controlli con vettore vuoto. Il sequenziamento RNA di fibroblasti WT versus HGPS-1 ha identificato 7.891 geni differenzialmente espressi; l'analisi di arricchimento dei set genici ha classificato lisosomi e autofagia rispettivamente come secondo e quarto pathway alterato più arricchito. In modo cruciale, geni bersaglio chiave di TFEB — VPS18, CTSA, CTSD — e la proteina di membrana lisosomiale LAMP1 erano significativamente sottoregolati nelle cellule HGPS, così come STX17, una proteina SNARE necessaria per l'identità dell'autofagosoma maturo e la fusione con il lisosoma.

Dal punto di vista meccanicistico, la progerina compromette la maturazione degli autofagosomi (riduzione di STX17) e la successiva fusione autofagosoma-lisosoma, in parte perché i lisosomi stessi sono disfunzionali. La sovraespressione di STX17 o LAMP1 singolarmente ha recuperato il flusso autofagico, confermandone il ruolo causale. È interessante notare che lo stato di fosforilazione di TFEB e la sua traslocazione nucleare in condizioni di digiuno erano confrontabili tra cellule WT e HGPS, suggerendo che il braccio trascrizionale di TFEB è intatto, ma il macchinario lisosomiale a valle che deve attivare è difettoso a livello basale.

Il trattamento con Selinexor — un inibitore di XPO1 già approvato dalla FDA per il cancro, che funziona anche come attivatore dell'autofagia — per sei giorni ha indotto l'accumulo nucleare di TFEB nei fibroblasti HGPS, potenziato la biogenesi e la funzione lisosomiale, recuperato la maturazione degli autofagosomi e la fusione autofagosoma-lisosoma, e ha infine ottenuto una degradazione autofagica efficace della progerina stessa. La sonda di flusso GFP-LC3 ha confermato il ripristino del flusso autofagico, e il Western blotting ha mostrato la clearance della progerina. Ciò dimostra l'esistenza di un ciclo vizioso di feedforward: la progerina degrada il macchinario stesso necessario per eliminarla, e l'interruzione farmacologica di questo ciclo è fattibile.