Micro RNA e malattie autoimmuni.

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1 Micro RNA e malattie autoimmuni.

2 L informazione può essere copiata in un filamento complementare di RNA mediante un processo definito trascrizione. L RNA complementare ottenuto mediante la trascrizione è utilizzato per la sintesi di proteine, mediante un processo definito traduzione che avviene nel citoplasma. Le proteine sono il modo in cui i geni si manifestano espressione genica per dare ciò che noi siamo fenotipo. Il dogma centrale della biologia è un principio, formulato negli anni 50 (Francis Crick), secondo cui in biologia molecolare il flusso delle informazioni genetiche è monodirezionale, dagli acidi nucleici alle proteine. Successivamente sono stati scoperti numerosi altri meccanismi dell espressione genica che hanno fatto rivedere il principio del dogma centrale.

3 I fattori epigenetici consentono di regolare l interpretazione dell informazione genetica. Potendo modificare il modo in cui ciò che è scritto nei geni si manifesta in noi, svolgono un importante ruolo nella determinare il nostrostato di salute o di malattia.

4 1 2 I geni accesi (Switch on) vengono trascritti nel nucleo in RNA messaggeri (1) che passano nel citoplasma dove vengono tradotti in proteine (2). Se il gene viene spento (switch off) viene bloccata la sintesi proteica (silenziamento). I due principali meccanismi di accensione spegnimento dei geni sono la metilazione (Vitamina B12; acido folico) e l avvolgimento (inaccessibilità ai geni) svolgimento (accessibilità ai geni) della cromatina contenente il DNA alla lettura (resveratrolo).

5 I due principali meccanismi epigenetici Metilazione Modificazione istonica

6 L altro meccanismo è rappresentato dai Micro RNA (mir). I Micro RNA son delle piccole RNA (22-24 nucleotidi circa) non codificanti, con la funzione di regolare l espressione genica a livello post trascrizionale. I geni che codificano i mir sono trascritti da una RNA polimerasi II. I primi prodotti dell espressione genica sono lunghi filamenti immaturi chiamati Pri-RNA che subiscono una prima processazione, nel nucleo, ad opera di una RNAsi III (enzima chiamato Drosha) per formare un precursore, chiamato pre-rna, di circa 70 nucleotidi.

7 Il Pri-miR è trascritto nel nucleo e trasportato nel citoplasma come pre-mir. Nel citoplasma il pre-mir è processato dalla RNASI III Dicer complex in mir maturo che è introdotto nel RISC, una complessa nucleo-proteina. Il RISC può regolare la traduzione delle proteine silenziando i corrispondenti mrna

8 Il Pri-miR è trascritto nel nucleo e trasportato nel citoplasma come pre-mir. Nel citoplasma il pre-mir è processato dalla RNASI III Dicer complex in mir maturo che è introdotto nel RISC, una complessa nucleo-proteina. Il RISC può regolare la traduzione delle proteine silenziando i corrispondenti mrna. I mrna repressi possono traslocare nella P-body, foci citoplasmatici specifici, dove vengono immagazzinati e possono essere distrutti o, in particolari condizioni, rientrare nel citoplasma per essere tradotti.

9 Ogni mir è in grado di regolare l attività di centinaia di geni coinvolti in importantissimi processi come lo sviluppo embriologico, la risposta immunitaria, l infiammazione, l accrescimento, la proliferazione e l oncogenesi. L espressione del mir21 aumenta in un certo numero di tumori (mammella, colon, stomaco, pancreas) Ambros, V. The functions of animal micrornas. Nature 2004, 431, Il mir21 regola il sistema immunitario Simpson, L.J.; Ansel, K.M. MicroRNA regulation of lymphocyte tolerance and autoimmunity. J. Clin. Investig. 2015, 125, [ L espressione del mir21 è bassa nelle cellule T ed APC non attivate e la sua attivazione aumenta nelle cellule attivate Simpson, L.J.; Ansel, K.M. MicroRNA regulation of lymphocyte tolerance and autoimmunity. J. Clin. Investig. 2015, 125, [ Wang, L.; He, L.; Zhang, R.; Liu, X.; Ren, Y.; Liu, Z.; Zhang, X.; Cheng, W.; Hua, Z.C. Regulation of T lymphocyte activation by microrna-21. Mol. Immunol. 2014, 59, Sheedy, F.J. Turning 21: Induction of mir-21 as a key switch in the inflammatory response. Front. Immunol. 2015, 6.

10 La maggior parte dei geni bersaglio del mir21 sono oncosoppressori ma recenti studi indicano che il mir21 promuove l infiammazione e gioca un importante ruolo nella patogenesi delle malattie autoimmuni come Diabete di tipo 1, Psoriasi, Sclerosi Multipla e LES.

11 Promuove la risposta immunitaria favorendo soprattutto quella Th1 a) Attivazione dei linfociti T b) Inibizione apoptosi linfociti T Promuove la differenziazione dei Th17 Promuove la differenziazione Th2 mir21 Promuove i Treg con aumento del rapporto Treg/Th17 Promuove le cellule MDSC Promuove la demetilazione con iperesperssione di geni associati alle patologie autoimmuni (CD70, LFA-1)

12 Il mir21 stimola la risposta immunitaria dei linfociti T attraverso vari meccanismi a feedback mir21 SPRY1 Linfociti T PDCD4 FASL TIPE2 IL-12p35 (APC) Th2 Apoptosi linfociti T Promuove la risposta immunitaria T, favorendo la differenziazione Th2 e Th17 SMAD7 Cellule T Th17

13 PDCD4 è una proteina immunosoppressiva con azione pro infiammatoria che promuove il fattore NFkB e inibisce l IL-10. Il mir21, down regolando il PDCD4, inibisce NFkB e stimola l IL-10. mir21 PDCD4 IL-10 NFkB

14 La coppia mir155/mir16 regolano la risposta immunitaria modulando la funzione MDSC. Le cellule soppressive di derivazione mieloide (MDSC) sono una delle principali popolazioni cellulari che regolano in senso negativo la risposta immunitaria. TGF-β e desametazone fanno aumentare la popolazione MDSC e le citochine dalle stessa cellule prodotte attraverso l iperespressione di mir21 e mir155. L aumento riguarda entrambe le sottopopolazioni monocitiche e granulocitiche. Anche il fattore STAT3 è aumentato. TGF-β Desametazione mir21 mir155 MDSC Immunosoppressione

15 L inibitore delle metalloproteinasi 3 è una proteina codificata nell uomo dal gene TIMP3. Questo gene appartiene alla famiglia degli inibitori delle metalloproteinasi, un gruppo di peptidi coinvolti nella degradazione della matrice extracellulare. mir21 cheratinociti TIMP3 Psoriasi La psoriasi è una comune malattia autoimmune della cute con limitate opzioni terapeutiche, caratterizzata da una complessa interazione tra cheratinociti, cellule immunitarie e mediatori dell infiammazione. Un certo numero di mir sono up regolati. mir 21 è up regolato nei cheratinociti delle lesioni psoriasiche con riduzione di TIMP3.

16 mir21 IL-12 Th1 Th2 Polarizzazione Th2 L IL-12 è un eterodimero, formato da due subunità: p35 e p40, codificate da geni su due cromosomi diversi. Per poter esercitare il suo effetto l IL-12 è necessaria un altamente coordinata espressione delle due componenti nella stessa cellula e nello stesso momento. L IL-12 è prodotta soprattutto dai macrofagi e dalle cellule dendritiche, nel corso delle risposte innate ed acquisite. E la più importante citochina capace di indurre una polarizzazione Th1 e gioca un ruolo fondamentale nel bilanciamento Th1-Th2. Il mir21 è responsabile dell inibizione post trascrizionale della subunità p35 e, perciò, inibisce l IL-12 con polarizzazione Th2.

17 ? mir21 Th17 IL-17A IL-17F IL-21 IL-22 L inibizione del mir21 determina down regulation dei Th17 e delle relative citochine: IL-17A, IL-17F, IL-21, IL-22.

18 II mir21 è intercalato del segnaloma del TGF-β Th0 IL-2 TGF-β IL-6 Th17 SMAD7 mir21 TGF-β + IL-6 induce i Th0 a differenziarsi in senso Th17 e sopprime il segnale IL-2. In assenza di mir21 i livelli di SMAD7 sono alti e inibiscono il TGF-β mentre stimola l IL-2, inibendo i Th17. Il mir21, attraverso l inibizione dello SMAD7 riattiva la via che, attraverso il TGF-β, conduce alla polarizzazione Th17. E stato dimostrato che il silenziamento del mir21 determina un miglioramento della splenomegalia nel LES genetico spontaneo del topo.

19 Take Home message L antagonizzazione del mir21 può combattere la psoriasi ed altre malattie autoimmuni di tipo Th17