Una nuova ricerca rivela come una poliammina naturale, la spermidina, modifica RIPK1 per bloccare l’infiammazione e il danno metabolico, aprendo la porta a trattamenti innovativi per il diabete.
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In un recente studio pubblicato sulla rivista Biologia cellulare naturaleI ricercatori hanno studiato il modo in cui la modificazione post-traduzionale mediata dalla N-acetiltransferasi (NAT), l’acetilipusinazione, regola la sensibilità all’insulina e la necroptosi.
Il diabete di tipo 2 (T2D) è un problema sanitario globale significativo, con oltre 537 milioni di adulti colpiti. Gli attuali approcci alla gestione del T2D si concentrano principalmente sulla regolazione dell’iperglicemia, che si ritiene sia coinvolta nel progressivo danno tissutale/organo osservato nelle fasi finali del T2D. Tuttavia, i meccanismi alla base dell’insorgenza e della progressione del T2DM sono poco conosciuti.
È stato riportato che il gene che codifica per NAT2 umano (hNAT2), un ortologo del Nat1 murino (mNAT1), media la sensibilità all’insulina. hNAT2 e mNAT1 fungono da arilammina N-acetiltransferasi nel metabolismo xenobiotico di molecole esogene, come le ammine alifatiche e alcuni farmaci. Studi recenti indicano che NAT2 acetila le ammine alifatiche endogene, come la spermidina e la putrescina.
La spermidina è una poliammina naturale presente nelle cellule la cui acetilipusinazione post-traduzionale regola proteine chiave come la serina/treonina-proteina chinasi 1 che interagisce con i recettori (RIPK1). Negli esseri umani e nei topi sono state segnalate riduzioni legate all’età dei livelli di spermidina e la sua integrazione è stata suggerita per rallentare l’invecchiamento e promuovere la salute. La spermidina è coinvolta nell’ipusinazione, una modificazione post-traduzionale. Il fattore di inizio della traduzione eucariotica 5A (eIF5A) è l’unico substrato noto per essere modificato mediante ipusinazione.
Lo studio e i risultati
Nel presente studio, i ricercatori hanno esplorato come hNAT2 e mNAT1 regolano la sensibilità all’insulina e la necroptosi. Innanzitutto, hanno quantificato spermina, putrescina e spermidina e le loro forme acetilate nei fibroblasti embrionali (MEF) di topo knockout per Nat1 (KO) e wild-type (WT). I livelli di spermidina endogena nei MEF WT erano di circa 600 µM ma erano significativamente più bassi nei MEF Nat1 KO.
Inoltre, i MEF Nat1 KO avevano livelli più bassi di forme acetilate rispetto ai MEF WT e mostravano una maggiore sensibilità alla necroptosi e all’apoptosi (RDA) dipendenti dalla proteina chinasi 1 interagente con serina/treonina (RIPK1). Tuttavia, il trattamento con spermidina ha comportato una riduzione dose-dipendente dell’attivazione di RIPK1 sia nei MEF WT che in quelli Nat1 KO.
Al contrario, il trattamento con putrescina non ha influenzato la necroptosi o la RDA. Successivamente, il team ha sintetizzato una sonda alchino-spermidina e ha trattato i MEF WT e i MEF KO della deossiiposina sintasi (Dhps) con questa sonda. Utilizzando la chimica del clic, il team ha identificato 1.895 proteine modificate dalla spermidina, tra cui RIPK1 ed eIF5A, e ha convalidato queste modifiche utilizzando la spettrometria di massa.
Inoltre, le proteine ipusinate marcate con biotina sono state estratte utilizzando sonde di streptavidina e i peptidi digeriti con trypsin sono stati quantificati. In particolare, RIPK1 ha mostrato un arricchimento maggiore rispetto a eIF5A, suggerendo un nuovo ruolo dell’acetilipusinazione nella modulazione dell’attività di RIPK1.
Successivamente, il team ha utilizzato la spettrometria di massa per studiare potenziali siti di ipusinazione in RIPK1 nei MEF Nat1 KO e WT. Ciò ha identificato un sito di acetilipusinazione (K140), ac-hyp-K140, nel dominio della chinasi e siti di ipopinazione nei domini della chinasi (K226) e intermedio (K550). I ricercatori si sono concentrati sul sito K140, dato che ac-hyp-K140 era ridotto di nove volte nei MEF Nat1 KO rispetto ai MEF WT.
Inoltre, sono stati generati topi condizionali pronti per KO per determinare se le riduzioni della spermidina contribuiscono alla resistenza all’insulina nei topi con deficit di Nat1. I ricercatori hanno osservato livelli più bassi di ac-hyp-K140 in RIPK1 nel pancreas di topi con delezione di Nat1 indotta da tamoxifene; Anche i livelli di spermidina nel pancreas erano ridotti rispetto ai topi WT.
Inoltre, dopo la delezione di Nat1 è stata osservata l’ipertrofia degli adipociti (associata alla resistenza all’insulina e all’obesità). Tuttavia, questo non è stato osservato nei topi con RIPK1 geneticamente inattivato, evidenziando il ruolo di RIPK1 nella mediazione di questi difetti metabolici. Successivamente, i ricercatori hanno studiato la patologia vascolare indotta dalla perdita specifica di Nat1 nell’endotelio.
La perdita endoteliale di Nat1 nei topi ha compromesso l’integrità vascolare del sangue pancreatico. Anche i pancreas mostravano una forte infiammazione. È interessante notare che questi effetti sono stati aboliti dal knockdown di RIPK1, suggerendo il suo ruolo centrale nella mediazione del danno vascolare. Inoltre, il team ha osservato perdite vascolari renali nei topi con delezione di Nat1; allo stesso modo, questa perdita vascolare è stata soppressa dall’inattivazione di RIPK1.
Infine, il team ha stimato i livelli di poliammina nei campioni di tessuto vascolare di pazienti con e senza T2D. I livelli di spermidina erano significativamente ridotti nei tessuti vascolari dei pazienti con T2DM rispetto a quelli senza T2DM. Inoltre, i pazienti con nefropatia diabetica hanno mostrato l’attivazione di RIPK1 nei campioni di biopsia renale; tuttavia, l’attivazione di RIPK1 non è stata osservata nei pazienti con nefropatia non diabetica.
Conclusioni
Nel loro insieme, i risultati suggeriscono un ruolo funzionale dell’infiammazione e dell’apoptosi mediate da RIPK1 nella patologia vascolare per promuovere il danno tissutale diabetico in stadio avanzato. La perdita microvascolare può promuovere l’infiammazione dipendente da RIPK1, che, a sua volta, induce resistenza all’insulina e obesità. Poiché l’attivazione di RIPK1 induce diverse citochine proinfiammatorie, la sua inibizione potrebbe essere una promettente strategia terapeutica per alleviare le complicanze metaboliche e vascolari del T2D.
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