HMGB1: cosa è e come può avere un ruolo nel Mesotelioma Pleurico Maligno
DEFINIZIONE
HMGB1 è una sigla che definisce High Mobility Group Box 1. Si tratta di una proteina che fa parte della famiglia delle high mobility group, ossia le proteine ad alta mobilità elettroforetica. (Con "mobilità elettroforetica" si intende una grandezza che definisce la capacità di una specie chimica di spostarsi quando sottoposta ad un campo elettrico e dipende solitamente da vari parametri, come per esempio, la carica, la dimensione, le caratteristiche conformazionali, la tensione applicata al campo e la concentrazione del mezzo elettroforetico).
Questa proteina viene definita anche anfoterina o HMG1 ed è una proteina non istonica strutturale della cromatina.
L'HMGB1, inoltre, viene classificata all'interno della sottofamiglia di quelle proteine contenenti un dominio coinvolto nel legame con il DNA: l' HMG-box.
Di seguito viene riportata un'immagine tridimensionale della struttura di tale proteina.
(da PDB: Protein Data Bank. https://www.rcsb.org/structure/1 aab)
Il gene HMGB1 è localizzato sul braccio lungo del cromosoma 13 13q12.
Nella figura sottostante, vengono rappresentati i 5 esoni del gene dell'HMGB1 sotto forma di piccoli parallelepipedi (vuoto per regioni tradotte e solido per regioni non tradotte).
Nella parte sottostante (B), sono rappresentati i 215 residui aminoacidici e tre domini che costituiscono la composizione: A box, B box e una coda acida C-terminal. Ci sono tre residui di cisteina nelle posizioni 23, 45 e 106, che regolano la funzione HMGB1 in risposta allo stress ossidativo.
Nella parte C della figura, si trova la rappresentazione dell'HMGB1 che è liberamente e transitoriamente associata ai nucleosomi. L'HMGB1 è importante per la segregazione spaziale e l'omeostasi nucleare.
(da He SJ, et al. Oncotarget. 2017)
Generalmente, l'HMGB1 è espressa ubiquitariamente (solo 10 volte meno rispetto agli istoni principali). Tuttavia, l'espressione di HMGB1 e la localizzazione subcellulare variano a seconda dei tipi di cellule e dei tessuti e sono regolate dagli stimoli ambientali circostanti.
(da He SJ, et al. Oncotarget. 2017)
FUNZIONI PRINCIPALI
L'HMGB1 si trova in grandi quantità all'interno del nucleo di tutte le cellule eucariote ed ha come ruolo principale quello di rimodellare la cromatina.
Inoltre, è stato recentemente scoperto che tale proteina è un mediatore importante nel processo infiammatorio, soprattutto nel caso di necrosi cellulare. Pertanto, l'HMGB gioca un ruolo importante nell’innesco dell’infiammazione, ma sembrerebbe coinvolta anche nelle risposte innate ed adattative e nella riparazione del danno tissutale.
Le cellule sottoposte a stress secernono questa proteina. In particolare, HMGB1 passa dal nucleo al citoplasma e poi viene secreta attraverso lisosomi e direttamente nello spazio extracellulare.
(da Bianchi ME, et al. Immunol Rev. 2017)
Come mostrato nella figura, l’HMGB1 è una proteina che può essere passivamente rilasciata dalle cellule morte, come mostrato a destra. In altri casi, invece, viene secrete attivamente come conseguenza di un stress cellulare, come mostrato a sinistra.
In condizioni normali, tale proteina è localizzata nel nucleo in una forma ridotta e non acetilata. In seguito a danno tissutale, tale proteina non modificata viene rilasciata dalle cellule morte e successivamente convertita nella forma disulfide-HMGB1 tramite una ossidazione spontanea, oppure attraverso le specie reattive dell’ossigeno (ROS) che vengono prodotte in modo abbondante dalle cellule infiammatorie.
Anche i leucociti possono secernere HMGB1: tale proteina viene prima di tutto spostata nel citoplasma e successivamente viene acetilata o fosforilata e dopo tali trasformazioni passa nello spazio extracellulare. Questo avviene molto spesso dopo essere stata caricata in lisosomi secretori che si trovano nei leucociti o attraverso un meccanismo poco conosciuto in cellule non ematopoietiche.
L’HMGB1 secreta può essere distinta da quella rilasciata passivamente (in giallo), a causa dello stato acetilato, che viene evidenziato in verde nella figura. Inoltre, la forma secreta viene ossidata.
Lo schema a sinistra rappresenta la via della secrezione di HMGB1 indotta da LPS e dagli interferoni in seguito ad un’infezione batterica o virale.
Le cellule immunitarie vengono reclutate nel sito in cui vi sia un danno tissutale e successivamente, quando si trovano in tale sede, vengono attivate.
La proteina HMGB1 supporta la riparazione tissutale e coordina l’attivazione dei macrofagi nel fenotipo utile per tale riparazione, attiva e incrementa la proliferazione delle cellule staminali e la neoangiogenesi. Purtroppo, allo stesso modo, tale proteina contribuisce alla riparazione tissutale di tutte le cellule danneggiate e tra queste vi sono anche quelle tumorali.
(da Bianchi ME, et al. Immunol Rev. 2017)
La figura rappresenta il ruolo dell'HMGB nella riparazione tissutale.
Come illustrato, tale proteina ha un'attività importante durante il danno muscolare.
Infatti, l'HMGB1 viene rilasciata dalle cellule muscolari che sono state danneggiate o sono in uno stato necrotico. Inoltre, questa proteina è in grado, in queste condizioni, di promuovere il reclutamento delle cellule del sistema immunitario come i leucociti, attraverso la formazione di eterocomplessi con CXCL12. Con l'arrivo dei leucociti a livello della sede di danno tissutale, si verifica uno stato di infiammazione. Pertanto, l'HMGB1 viene ossidata a disulfide attraverso i radicali liberi dell'ossigeno, che si formano in seguito all'infiltrazione dei leucociti. Inoltre, la HMGB1 attiva i leucociti a promuovere il rilascio di una serie di citochine e chemochine proinfiammatorie, ma perde la sua capacità di formare eterocoplessi con CXCL12.
Dopo la risoluzione dello stato infiammatorio, i macrofagi caratterizzati dal fenotipo utile al riparo tissutali rilasciano HMGB1, che può attivare le cellule staminali e promuovere l'angiogenesi, oltre che coordinare il riparo del danno muscolare.
HMGB1 E CANCRO
La proteina HMGB1 sembrerebbe avere un ruolo importante nella progressione del cancro.
Nella figura sottostante, viene riassunto schematicamente come l'HMGB1 possa interagire a livello biologico per promuovere la cancerogenesi.
Nello spazio extracellulare, come mostrato nella parte A, i segnali di tale proteina sono promossi attraverso recettori quali RAGE, TLRs, TIM3, and CXCR4. Questa attivazione recettoriale porta alla proliferazione cellulare, all'incremento del processo di invasione e di angiogenesi, alla metastatizzazione, alla capacità di evitare l'apoptosi, all'aumento dell'infiammazione e dell'attivazione immunitaria. L'interazione tra HMGB1 e CXCR4 è dipendente da CXCL12. Il TLR9 è inizialmente localizzato a livello del reticolo endoplasmatico (ER) e successivamente ridistribuito agli endosomi sotto la stimolazione di CpG-DNA attraverso una via dipendente da HMGB1.
Nella parte B, HMGB1 è presente sulla superficie cellulare e promuove la migrazione delle cellule neoplastiche e la metastatizzazione tumorale.
Nel citoplasma, come mostrato nella parte C della figura, l'HMGB1 regola l'autofagia e promuove la proliferazione cellulare.
Nella parte D, invece, è rappresentata tale proteina a livello del nucleo, dove agisce come una chaperone e partecipa alla riparazione del DNA ed alla trascrizione. L'HMGB1 può interagire con fattori di trascrizione, quali p53, p73 e RB ed incrementare la loro attivazione. La HMGB1 nucleare incrementa l'attività delle telomerasi e modula l'omeostasi dei telomeri.
(da He SJ, et al. Oncotarget. 2017)
HMGB1 E MESOTELIOMA PLEURICO MALIGNO
La proteina HMGB1 è profondamente implicata nella biologia tumorale.
L’HMGB1 sembrerebbe essere correlata con il mesotelioma. In questa neoplasia, l’asbesto causa infiammazione del mesotelio, ma le vie biomolecolari che stanno alla base di tale processo infiammatorio- neoplastico non sono completamente conosciuti.
Tuttavia, recentemente è stato scoperto che l’asbesto induce morte delle cellule mesoteliali per necrosi, con conseguente rilascio di HMGB1 nello spazio extracellulare e richiamo di cellule infiammatorie.
La persistenza delle fibre di asbesto è una delle cause principali del perpetuarsi dello stato infiammatorio pleurico e spesso polmonare dei soggetti che sono stati esposti a tale cancerogeno e che poi sviluppano MPM. Sono stati dimostrati alti livelli di HMGB1nel sangue sia di soggetti esposti ad amianto che di malati di MPM, questo a riprova del fatto che tale proteina sembrerebbe davvero implicata in questi processi di infiammazione e carcinogenesi. Anche in questo caso non è perfettamente chiaro come l’infiammazione persistente possa tramutarsi in stimolo alla carcinogenesi, ma alcuni studi suggeriscono il ruolo dei macrofagi nella sopravvivenza cellulare.
Una prova di tale ipotesi, sta nel fatto che i macrofagi sono stati riscontrati in abbondanza nel tessuto neoplastico.
Di seguito viene riportata una rappresentazione schematica delle attività della HMGB1 protumorali o antitumorali.
Nella parte A della figura le cellule mesoteliali subiscono un danno da parte dell’esposizione all’asbesto e sono portate a mettere in atto la morte programmata necrotica con il conseguente rilascio di HMGB1.
La parte B della figura rappresenta, invece, le attività protumorali della proteina HMGB1. l’HMGB1 lega il TLR4 e genera uno stato di infiammazione cronica che porta con il cronicizzarsi di tale situazione alla trasformazione maligna. I macrofagi sono presenti nel tessuto mesoteliale e l’HMGB1 è secreta costitutivamente dalle cellule di mesotelioma.
Nella parte C della figura sono, invece, rappresentate le caratteristiche antitumorali di tale proteina. Il punto di domanda riportato nell'immagine denota il fatto che non siano mai stati completamente investigati i meccanismi che coinvolgono l’HMGB1 e la patogenesi del mesotelioma.
In ogni caso, è stato ampiamente documentato il coinvolgimento di tale proteina nell'attività anticancro contro diversi tumori. L’HMGB1 è secreta dalle cellule e probabilmente coinvolta nei meccanismi che portano alla risposta delle cellule B e T portato ad una memoria immunologica.
(da Bianchi ME, et al. Immunol Rev. 2017)
CONCLUSIONI
Pertanto lo studio e l’approfondimento di tale proteina potranno contribuire ad una maggiore comprensione della patogenesi del cancro.
In particolare, molti autori stanno cercando di definire il reale ruolo dell'HMGB1 nel mesotelioma pleurico maligno per definire meglio la cancerogenesi di tale malattia.
Le prospettive future mirano anche a disegnare eventuali approcci terapeutici che possano coinvolgere tale proteina o le vie da essa attivate.
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