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Balancing the immune response in cystic fibrosis: using zebrafish models of infection and inflammation to uncover new therapeutic approaches

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Un approccio innovativo allo studio della fibrosi cistica ci avvicina alla comprensione dei meccanismi sottostanti

Comprendere in quale modo i vari meccanismi si correlano per causare una condizione quale la fibrosi cistica (FC) richiede modelli che siano privi di sintomi che ne complicano l’interpretazione. L’uso del pesce zebra geneticamente modificato ha fatto luce su relazioni precedentemente oscure tra i sistemi immunitari, le mutazioni della FC e le condizioni polmonari mortali che ne risultano.

SALUTE

© Dr Audrey Bernut

La FC, che causa la morte prematura per insufficienza respiratoria progressiva, è una malattia genetica derivante da mutazioni nel regolatore della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica (CFTR). Il CFTR svolge un ruolo importante nell’equilibrio omeostatico della composizione dei fluidi. Nella FC, il compromesso efflusso di ioni cloruro mediato dal CFTR provoca un aumento di sodio e, di conseguenza, il riassorbimento di acqua dalla superficie delle vie aeree. Ciò porta all’accumulo di muco denso e al collasso della clearance mucociliare, favorendo l’insorgere di infezioni croniche e un’eccessiva infiammazione, che contribuiscono a danneggiare fatalmente i polmoni. Oltre ai difetti mucociliari noti, diverse linee di evidenza suggeriscono che nella FC, alla patologia polmonare contribuiscono anche alterazioni primarie nelle risposte immunitarie. Come spiega Audrey Bernut, la ricercatrice principale: «Attualmente la nostra comprensione è limitata dalla mancanza di modelli animali adeguati che ricapitolino le anomalie immunitarie riscontrate nei pazienti con FC». I modelli FC disponibili (es. cellule derivate dal paziente o modelli mammiferi) soffrono di numerosi limiti, in primis la valutazione dei fenomeni in un ambiente infiammatorio preesistente. Di conseguenza, i meccanismi attraverso i quali il CFTR regola direttamente l’immunità dell’ospite e in che modo le mutazioni della FC contribuiscono alla patogenesi infettiva e infiammatoria della FC, sono ancora oscuri. Per comprendere meglio i legami tra un CFTR disfunzionale e le deleterie risposte immunitarie nella CF, il progetto di ricerca della Bernut, CFZEBRA, ha sviluppato larve di pesce zebra come modello animale trattabile. I giovani pesci zebra sono trasparenti e consentono il monitoraggio non invasivo e in tempo reale del comportamento delle cellule immunitarie durante i processi infiammatori nell’intero organismo. Il CFTR del pesce zebra conserva un’identità di sequenza ravvicinata con quella umana (identità del 56,24 %). Come i mammiferi, il CFTR del pesce zebra è espresso nelle superfici epiteliali e nelle cellule immunitarie e svolge un ruolo importante nell’equilibrio omeostatico della composizione fluida. «Anche se l’assenza di polmoni potrebbe, a prima vista, sembrare ridurre la rilevanza di questo modello, i miei dati suggeriscono che i cambiamenti nella funzione CFTR nelle cellule immunitarie epiteliali e innate siano conservati nei tessuti e nella specie», afferma la Bernut, il cui progetto è stato avviato con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie e supervisionato da Stephen Renshaw, professore presso l’Università di Sheffield, nel Regno Unito. Utilizzando la tecnologia CRISPR-Cas9, uno strumento semplice ma potente per l’editing dei genomi, la Bernut è stata in grado di «tagliare» sequenze di DNA e alterare la funzione del CFTR generando mutazioni. Il risultato è stata la generazione di pesci zebra con FC, la cui creazione ha consentito alla Bernut di valutare il ruolo del CFTR nella regolazione diretta del potenziale infiammatorio e immunitario dell’ospite in vivo. La Bernut ha scoperto una serie di processi immunitari e infiammatori alterati, meccanismi fondamentali alla base dell’infezione e della malattia infiammatoria nella FC. Questi potrebbero essere affrontati terapeuticamente per prevenire danni infiammatori ai polmoni nei pazienti con FC, portando a potenziali miglioramenti negli esiti della malattia. «Ho già identificato composti interessanti che potrebbero essere terapeutici e che vengono attualmente utilizzati per il trattamento di altre malattie. Saranno ora necessari studi sperimentali sui pazienti per valutare l’efficacia di queste nuove terapie immuno-mirate per la FC. Se tutto va bene, queste potrebbero condurre a sperimentazioni cliniche», conclude la Bernut.

Parole chiave

CFZEBRA, Fibrosi cistica, CFTR, pesce zebra, infiammazione, infezione, terapie immuno-mirate, patologia polmonare, modelli animali, CRISPR-CAS9

Informazioni relative al progetto

ID dell’accordo di sovvenzione: 751977

  • Data di avvio

    1 Giugno 2017

  • Data di completamento

    31 Maggio 2019

Finanziato da:

H2020-EU.1.3.2.

  • Bilancio complessivo:

    € 195 454,80

  • Contributo UE

    € 195 454,80

Coordinato da:

THE UNIVERSITY OF SHEFFIELD