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Il catabolismo del triptofano come possibile nuovo bersaglio farmacologico nella prevenzione e terapia del diabete mellito di tipo 1

Ursula Grohmann
Professore Ordinario di Farmacologia
Dipartimento di Medicina Sperimentale e Scienze Biochimiche
Università di Perugia

Il diabete mellito di tipo 1 è una malattia causata dalla distruzione autoimmune delle cellule b del pancreas che producono insulina. Il meccanismo che sta alla base di questa aggressione è una attivazione inappropriata della risposta immunitaria dei linfociti T verso componenti di queste cellule alle quali il sistema immunitario dovrebbe essere “tollerante”. Si potrebbe dunque pensare di dirigere la risposta immunitaria verso detto stato di “tolleranza”.

Studi precedenti condotti nel nostro ed in altri laboratori hanno messo in luce un importante effetto tollerogenico dell’indolamina 2,3-diossigenasi (IDO), un enzima che al tempo stesso degrada l’amino acido essenziale triptopfano e produce una serie di cataboliti (noti come chinurenine) capaci di controllare la risposta immmunitaria e di indurre morte apoptotica nei linfociti T. IDO è un enzima ubiquitario anche se elevati livelli di espressione sono riscontrabili solo in partcolari cellule del sistema immunitario, le cellule dendritiche, stimolate con interferone g (IFN-g). Effetti immunoregolatori significativi mediati da IDO erano già stati dimostrati nella gravidanza, dove IDO permette il mantenimento di uno stato di tolleranza immunitaria tra madre e feto, e nel trapianto di insule pancreatiche non istocompatibili.

Nel 2003, il nostro gruppo ha scoperto che le cellule dendritiche di topi NOD femmina (che sviluppano un patologia molto simile a quella del diabete di tipo 1 umano) esprimono IDO a livelli molto più bassi dei topi normali, anche in seguito a stimolazione con IFN-g (1, 2). Tale difetto si traduce in un’incapacità di controllare la reattività autoimmunitaria nel topo NOD verso un antigene autologo espresso dalle cellule b.

Recentemente, abbiamo dimostrato che anche un’altra patologia, la malattia granulomatosa cronica, è caratterizzata da un grave difetto nel catabolismo del triptofano mediato da IDO (3). L’aspetto particolarmente rilevante del nostro studio è stato quello di riuscire ad impedire completamente l’insorgenza dell’iperinfiammazione grave (associata alla patologia) somministrando la molecola naturale chinurenina, che altro non è che la sostanza prodotta nel nostro organismo da IDO. In altre parole, tali dati suggeriscono che una IDO deficienza può essere superata attraverso la semplice somministrazione di una molecola naturale.

Sulla base di tali dati, abbiamo condotto una serie di studi (non ancora pubblicati) nel topo NOD per verificare se anche in una patologia di natura autoimmunitaria come il diabete di tipo 1 la chinurenina potesse esplicare un effetto terapeutico. I risultati preliminari sono sorprendenti: la somministrazione di chinurenina sotto forma di un singolo impianto di una compressa a lento rilascio contenente chinurenina impedisce lo sviluppo del diabete nell’80% degli animali. Quando somministrata all’esordio del diabete (glicemia 250-350 mg/dL), la chinurenina da sola riesce a “curare” il 40 % dei topi NOD, portando la glicemia basale intorno a valori di 200 mg/dL. I topi “curati” sono tuttora vivi e vegeti a 7 mesi dall’esordio della malattia senza aver mai ricevuto insulina esogena. Abbiamo anche provato ad ottimizzare la terapia tentando delle possibili associazioni con la chinurenina. Ad esempio, la co-somministrazione di chinurenina e una molecola che “mima” l’infezione batterica (chiamata CpG) porta alla cura del 60% dei topi diabetici con un ulteriore abbassamento della glicemia basale intorno a 170 mg/dL. L’esame istologico del pancreas di alcuni topi curati rivela a 6 mesi la presenza di numerose insule positive per l’insulina, anche se di grandezza inferiore rispetto ai topi normali.

I nostri dati suggeriscono pertanto che la semplice somministrazione di una molecola naturale come la chinurenina può portare ad un riequilibrio fisiologico della risposta immune nell’animale diabetico che si traduce in una formazione di nuove insule. Tuttavia, i nostri dati preliminari necessitano un potenziamento ulteriore dei nostri studi per poter:
a) ottimizzare ulteriormente l’effetto della chinurenina
b) chiarire bene il meccanismo d’azione: come e dove agisce la chinurenina?
c) comprendere come si riformano le insule
d) valutare eventuali effetti collaterali a breve e lungo termine (non immediatamente visibili nell’animale)
d) sintetizzare degli analoghi della chinurenina che “si comportino meglio come farmaci nell’uomo”.

Per poter andare avanti nei nostri studi e ricevere adeguati finanziamenti, diventa fondamentale dimostrare al più presto che un difetto di IDO è presente non solo nel topo NOD ma anche nell’uomo affetto da diabete di tipo 1.

Vorremmo pertanto andare a monitorare IDO nelle cellule del sangue di un ampio numero di pazienti diabetici a paragone di soggetti sani. A tale scopo, dovremo prima mettere a punto le nostre condizioni di rilevazione dell’enzima in leucociti di volontari sani. Dato che tutti i nostri studi si sono finora concentrati nel topo, dovremo far fronte all’acquisto di tutta una serie di reagenti per poter mettere a punto il monitoraggio di IDO come espressione genica, proteina e funzione nell’uomo.

Nello specifico, tali reagenti comprenderebbero:

  1. anticorpi specifici per la purificazione di sottopolazioni di leucocitarie umane
  2. fattori di crescita per l’espansione di sottopopolazioni cellulari minoritarie dove IDO potrebbe essere particolarmente rilevante
  3. kits per la preparazione di DNA genomico per studi relativi ad identificare eventuali mutazioni nel gene di IDO
  4. citochine come IFN-g ed altri reagenti per aumentare l’espressione di IDO
  5. anticorpo specifico per IDO umano
  6. anticorpi per studi citofluorimetrici
  7. oligonucleotidi per la valutazione dell’espressione genica di IDO tramite Real time-PCR.

Il budget che ci permetterebbe di far fronte alle spese per avviare lo studio nell’uomo è pari a 8.000 Euro.

 

Referenze

  1. Grohmann U, Fallarino F, Bianchi R, Orabona C, Vacca C, Fioretti MC, Puccetti P. A defect in tryptophan catabolism impairs tolerance in nonobese diabetic mice. Journal of Experimental Medicine 2003; 198:153-160.
  2. Fallarino F, Bianchi R, Orabona C, Vacca C, Belladonna ML, Fioretti MC, Serreze DV, Grohmann U, Puccetti P. CTLA-4-Ig activates forkhead transcription factors and protects dendritic cells from oxidative stress in nonobese diabetic mice. Journal of Experimental Medicine 2004; 200:1051-1062
  3. Romani L, Fallarino F, De Luca A, Montagnoli C, D’Angelo C, Zelante T, Vacca C, Bistoni F, Fioretti MC, Grohmann U, Segal BH, Puccetti P. Defective tryptophan catabolism underlies inflammation in mouse chronic granulomatous disease. Nature 2008; 451:211-5.

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