SUV39H1: Il Regista Occulto che Potenzia le Fabbriche di Proteine nelle Cellule CHO!

Ciao a tutti, scienziati in erba e curiosi della biologia! Oggi voglio parlarvi di una scoperta che mi ha davvero entusiasmato e che potrebbe cambiare le carte in tavola nel mondo della produzione di proteine ricombinanti. Immaginate delle minuscole fabbriche biologiche, le cellule CHO (Ovario di Criceto Cinese), che lavorano instancabilmente per produrre farmaci salvavita come anticorpi monoclonali. Queste cellule sono delle vere star nel campo biotecnologico, ma a volte, ahimè, la loro produttività cala, un po’ come quando noi ci sentiamo scarichi dopo una lunga giornata. Capire perché questo accade e come “risvegliare” il loro potenziale è una sfida cruciale.

Un Problema di Stabilità e Silenziamento Genico

Uno dei grattacapi principali quando si usano le cellule CHO è l’instabilità della linea cellulare. Questo significa che, nel tempo, la quantità di proteina che vogliamo produrre (la nostra proteina ricombinante) può diminuire drasticamente. Pensate, si investono tempo e risorse per “programmare” queste cellule a produrre una specifica molecola, e poi, puff, la produzione si riduce! Questo può dipendere dalla perdita di copie del gene che abbiamo inserito o, più subdolamente, da una riduzione della sua “lettura”, cioè della trascrizione. E qui entra in gioco un campo affascinante: l’epigenetica.

L’Epigenetica: Istruzioni Nascoste nel DNA

L’epigenetica, per dirla semplice, è come un insieme di “interruttori” e “manopole del volume” che controllano l’attività dei nostri geni senza modificarne la sequenza di DNA. Tra questi meccanismi, le modificazioni degli istoni giocano un ruolo da protagonista. Gli istoni sono proteine attorno alle quali si avvolge il DNA, un po’ come il filo su un rocchetto. A seconda di come sono “decorati” chimicamente, possono rendere il DNA più o meno accessibile alla macchina cellulare che legge i geni. Una di queste “decorazioni” è la trimetilazione della lisina 9 sull’istone H3 (H3K9me3). Quando questa marcatura è presente in abbondanza, è come se si mettesse un grosso cartello “NON DISTURBARE” sul gene, silenziandolo.

SUV39H1: Il Guardiano del Silenzio

E chi è il responsabile di apporre questa marcatura H3K9me3? Un enzima chiamato SUV39H1. Questo enzima è una metiltransferasi, il che significa che aggiunge gruppi metilici, e nel nostro caso specifico, catalizza proprio la trimetilazione H3K9me3. Quindi, più SUV39H1 c’è, più H3K9me3 troviamo, e più i geni tendono a essere silenziati. Recentemente, alcuni studi hanno iniziato a sospettare che SUV39H1 potesse avere un ruolo chiave anche nella regolazione della produzione di proteine ricombinanti nelle cellule CHO.

I ricercatori hanno notato una cosa interessante: le linee cellulari CHO che producevano poche proteine ricombinanti mostravano alti livelli di H3K9me3 e di espressione di SUV39H1. Una correlazione inversa, insomma! Questo ha fatto accendere una lampadina: e se “mettessimo a tacere” SUV39H1? Potremmo forse aumentare la produzione delle nostre preziose proteine?

L’Esperimento: Silenziare il Silenziatore

Detto, fatto! Gli scienziati hanno adottato due strategie principali. La prima è stata quella di creare delle cellule CHO in cui il gene SUV39H1 fosse stabilmente “spento” (knockdown) usando la tecnica dell’RNA interference (RNAi). E i risultati? Sorprendenti! Le cellule CHO con SUV39H1 “silenziato” mostravano, come previsto, una riduzione dei livelli di H3K9me3. Ma la cosa più importante è che la produzione di due proteine modello, l’adalimumab ricombinante (rADM) – un anticorpo terapeutico – e l’albumina sierica umana ricombinante (rHSA), è aumentata rispettivamente di circa il 45% e addirittura del 136%! Un incremento notevole, senza che la crescita o la vitalità delle cellule ne risentissero significativamente, aspetto fondamentale per le applicazioni industriali.

Per esempio, nel caso dell’rHSA, i ricercatori hanno preso una linea cellulare che esprimeva bassi livelli di questa proteina (e alti livelli di SUV39H1) e, dopo il knockdown di SUV39H1, hanno osservato questo balzo produttivo del 136%. Questo conferma ulteriormente la relazione inversa tra i livelli di SUV39H1 e la produzione di proteine ricombinanti.

La Chetomicina: Un Alleato Chimico

La seconda strategia ha coinvolto l’uso di un inibitore specifico di SUV39H1, una piccola molecola chiamata chetocina. Trattando le cellule CHO con una concentrazione ottimizzata di chetocina (20 nM, una dose che non comprometteva la crescita cellulare), si è osservato un effetto simile al knockdown genetico. I livelli di H3K9me3 si sono ridotti e, di conseguenza, l’espressione di diverse proteine ricombinanti, tra cui la proteina fluorescente verde potenziata (EGFP), rADM e rHSA, è aumentata. Anche in questo caso, la chetocina ha dimostrato di poter “sbloccare” la produzione proteica agendo sull’epigenetica.

È interessante notare come i ricercatori abbiano verificato attentamente che la chetocina, alle concentrazioni usate, non fosse tossica per le cellule. Hanno condotto test di proliferazione cellulare (CCK-8) e hanno visto che, fino a 20 nM, le cellule continuavano a crescere felici e contente. Questo è un dettaglio non da poco, perché un farmaco utile non deve danneggiare le nostre “fabbriche” cellulari.

Cosa Significa Tutto Questo? Prospettive Future

Questi risultati sono davvero promettenti! Dimostrano chiaramente che SUV39H1 gioca un ruolo regolatorio critico nell’espressione di proteine ricombinanti nei sistemi cellulari CHO. Sia il knockdown stabile di SUV39H1 sia la sua inibizione farmacologica con chetocina si sono rivelati efficaci nel ridurre i livelli di H3K9me3 e nell’incrementare significativamente la produzione proteica.

Questo studio getta le basi metodologiche per lo sviluppo di linee cellulari ingegnerizzate e per l’ottimizzazione di sistemi di espressione CHO ad alta efficienza attraverso approcci di ingegneria cellulare mirati all’epigenoma. Immaginate di poter “sintonizzare” finemente l’attività genica delle cellule CHO per massimizzare la produzione di biofarmaci, rendendoli potenzialmente più accessibili e meno costosi. Potremmo avere a disposizione cellule super-produttrici, più stabili nel tempo, capaci di darci le proteine che ci servono in quantità maggiori.

Certo, c’è ancora strada da fare. Ad esempio, ricerche precedenti dello stesso gruppo avevano mostrato che gli effetti epigenetici possono essere specifici per il promotore (la regione di DNA che avvia la trascrizione di un gene). Questo suggerisce che i meccanismi di regolazione mediati da SUV39H1 nelle cellule CHO meritano ulteriori indagini, soprattutto per quanto riguarda l’architettura del promotore e le dinamiche di rimodellamento della cromatina.

In conclusione, agire sull’enzima SUV39H1, e di conseguenza sulla marcatura H3K9me3, sembra essere una strategia vincente per dare una bella “spinta” alle nostre cellule CHO. È come aver trovato un interruttore nascosto che, una volta azionato nel modo giusto, permette a queste piccole operaie di esprimere tutto il loro potenziale produttivo. Non è affascinante come la comprensione dei meccanismi più intimi della cellula possa avere ricadute così concrete?

Fonte: Springer