La proteina TRAIL accelera l'invecchiamento delle cellule polmonari dopo le radiazioni attraverso la via di secrezione di TMEM131

Il danno polmonare indotto da radiazioni (RILI) è una delle principali complicanze dose-limitanti della radioterapia toracica, che colpisce fino al 50% dei pazienti e progredisce da una polmonite acuta a una fibrosi polmonare irreversibile. Nonostante la sua rilevanza clinica, non esistono farmaci approvati in grado di prevenire o trattare il RILI in modo sicuro ed efficace. Questo studio indaga i meccanismi cellulari e molecolari alla base del RILI, con particolare attenzione alla senescenza cellulare nelle cellule epiteliali alveolari di tipo II (AECII), la principale popolazione cellulare rigenerativa del polmone.

Utilizzando un modello murino di RILI su topi C57BL/6 (irradiazione a 20 Gy, tessuti raccolti a 6 settimane), i ricercatori hanno condotto trascrittomica bulk, sequenziamento dell'RNA a singola cellula (scRNA-seq), immunofluorescenza multicolore e proteomica quantitativa. L'analisi trascrittomica ha evidenziato un significativo arricchimento delle vie della senescenza cellulare nei polmoni irradiati. I composti anti-senescenza (senolitici/senomorfici) hanno attenuato l'infiammazione e il danno polmonare, confermando la senescenza come fattore patogenetico chiave. Lo scRNA-seq e l'immunofluorescenza hanno identificato le AECII come la popolazione cellulare predominante in stato di senescenza. La proteomica quantitativa delle proteine secrete ha rivelato che TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) era tra i fattori secreti più fortemente sovraregolati. Aspetto cruciale, i livelli plasmatici di TRAIL risultavano significativamente elevati anche nei pazienti con RILI in contesto clinico, validando così i risultati preclinici.

Dal punto di vista meccanicistico, i topi con knockout specifico per le AECII di TRAIL (Trail^f/f;Sftpc-Cre) hanno mostrato una marcata riduzione della senescenza cellulare, un minor deterioramento della mitofagia e un RILI attenuato rispetto ai controlli. In esperimenti su cellule, il TRAIL solubile si legava al recettore della morte DR5 sulle AECII in modo autocrino, attivando la segnalazione mTOR e bloccando la mitofagia — il processo di controllo qualità cellulare che elimina i mitocondri danneggiati. Il conseguente accumulo di mitocondri disfunzionali induceva le AECII in uno stato di senescenza irreversibile, con il rilascio a valle di fattori del fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP) che amplificavano l'infiammazione e promuovevano la fibrosi.

Una scoperta chiave è stata l'identificazione di TMEM131, una proteina transmembrana localizzata nel reticolo endoplasmatico (ER), come recettore cargo selettivo per TRAIL. La spettrometria di massa mediante immunoprecipitazione ha dimostrato che TMEM131 interagisce fisicamente con TRAIL e recluta il componente del complesso coat COPII SEC23A per trasportare TRAIL dall'ER all'apparato di Golgi per la secrezione. Quando TMEM131 veniva alterato, TRAIL rimaneva trattenuto nell'ER e veniva degradato attraverso la via ubiquitina-proteasoma mediante la degradazione associata all'ER (ERAD), in particolare attraverso il complesso dell'E3 ubiquitina ligasi HRD1. L'inibizione mirata di TMEM131 nelle AECII ha ridotto la secrezione di TRAIL, la senescenza delle AECII e il RILI in vivo, senza bloccare in modo generalizzato l'attività pro-apoptotica di TRAIL nelle cellule immunitarie — un vantaggio significativo rispetto al blocco sistemico con anticorpi anti-TRAIL.

Questi risultati stabiliscono l'asse TMEM131→TRAIL→DR5→mTOR→soppressione della mitofagia→senescenza come elemento centrale nella patogenesi del RILI. La via secretoria TMEM131-TRAIL rappresenta un bersaglio terapeutico specifico per tipo cellulare e meccanisticamente preciso per il RILI, che evita le conseguenze fuori bersaglio dell'inibizione pan-TRAIL. In senso più ampio, lo studio fornisce nuove conoscenze su come le proteine recettore cargo dell'ER regolano la secrezione di citochine infiammatorie e l'invecchiamento cellulare.