Tollip e IL-13: Il Duetto Inaspettato che Regola l’Infiammazione nelle Nostre Vie Aeree (Visto da Vicinissimo!)

Ciao a tutti! Oggi vi porto in un viaggio affascinante nel microscopico mondo delle nostre vie aeree, un luogo complesso e fondamentale per la nostra salute. Parleremo di come le cellule che rivestono i nostri bronchi reagiscono a certi stimoli, in particolare quando c’è di mezzo l’asma o altre malattie allergiche. Al centro della nostra storia ci sono due protagonisti molecolari: una proteina chiamata Tollip e una citochina infiammatoria nota come Interleuchina-13 (IL-13).

Forse non avete mai sentito parlare di Tollip, ma è un attore cruciale nel nostro sistema immunitario innato. Immaginatela come un “freno” molecolare: il suo compito principale è quello di tenere sotto controllo le risposte infiammatorie, evitando che diventino eccessive e dannose [1, 3, 4, 5]. Quando Tollip non funziona a dovere o è presente in quantità ridotte, sono guai: questa condizione è stata collegata a diverse malattie, tra cui l’asma, la fibrosi polmonare idiopatica e persino l’Alzheimer [6-10]. In passato, con il mio team, avevamo già notato che una particolare variante genetica di Tollip era associata a una peggiore funzionalità polmonare nei pazienti asmatici [11]. Ma come agisce Tollip a livello delle singole cellule delle vie aeree? E cosa succede quando interagisce con IL-13?

IL-13, d’altra parte, è una vecchia conoscenza per chi studia le allergie e l’asma [12]. È una citochina di tipo 2, famosa per orchestrare l’infiammazione eosinofilica (quella tipica delle allergie) e per peggiorare l’iperreattività delle vie aeree [13-15]. È un bersaglio chiave in molte terapie per l’asma e la BPCO [16, 17].

La domanda che ci siamo posti è stata: cosa succede esattamente nelle cellule epiteliali delle vie aeree umane quando Tollip viene a mancare (una condizione che chiameremo Tollip knockdown o TKD) e, contemporaneamente, queste cellule vengono stimolate con IL-13? Per rispondere, abbiamo deciso di usare una tecnologia potentissima: il sequenziamento dell’RNA a singola cellula (scRNA-seq). Questa tecnica ci permette di “spiare” l’attività genica di migliaia di cellule, una per una, ottenendo un quadro incredibilmente dettagliato. Pensate, è la prima volta che si studia l’effetto della mancanza di Tollip con questa risoluzione nelle cellule delle vie aeree, ed è anche la prima volta che si esplora la sua interazione specifica con IL-13 a questo livello!

Come abbiamo “spiato” le cellule

Per prima cosa, ci siamo procurati cellule epiteliali tracheobronchiali umane primarie da un donatore sano (tutto approvato dal comitato etico, ovviamente!). Poi, usando la rivoluzionaria tecnica CRISPR/Cas9, abbiamo “spento” il gene Tollip in alcune di queste cellule, creando il nostro modello TKD [6]. Abbiamo coltivato sia le cellule normali (Controllo, CTR) sia quelle TKD in un sistema speciale che mima l’ambiente delle vie aeree (interfaccia aria-liquido), permettendo loro di differenziarsi nei vari tipi cellulari che le compongono (basali, ciliate, caliciformi, ecc.).

Dopo 21 giorni, abbiamo trattato questi “mini-tessuti” in quattro modi diversi per 3 giorni:

• CTR: Cellule normali, nessun trattamento.
• IL13: Cellule normali + 10 ng/mL di IL-13.
• TKD: Cellule con Tollip spento, nessun trattamento.
• TKDIL13: Cellule con Tollip spento + 10 ng/mL di IL-13.

Infine, abbiamo separato le cellule e le abbiamo analizzate con la tecnologia 10x Genomics Chromium e il sequenziamento Illumina. Dopo un’attenta analisi bioinformatica per pulire i dati, identificare i tipi cellulari (usando un atlante polmonare umano come riferimento [21-24]) e confrontare l’espressione genica tra le diverse condizioni, ecco cosa abbiamo scoperto.

IL-13: Il Regista a Doppio Ruolo

Confrontando le cellule normali trattate con IL-13 (IL13) con quelle non trattate (CTR), abbiamo innanzitutto confermato quello che già si sospettava su IL-13. Abbiamo visto un aumento significativo di geni chiave come SPDEF e MUC5AC nelle cellule caliciformi (quelle che producono muco) e nelle cellule club [Additional file 4]. SPDEF è noto per stimolare la produzione di muco [35], mentre MUC5AC è la principale mucina che, in eccesso, ostruisce le vie aeree nell’asma e nella BPCO [37]. Abbiamo anche osservato un aumento di POSTN, coinvolto nel rimodellamento delle vie aeree (fibrosi) [39, 40], e di ALOX15, che promuove l’infiammazione eosinofilica [41]. Infine, è aumentato anche CCL26, che attira gli eosinofili [42]. Tutto questo conferma l’efficacia del nostro approccio e il ruolo pro-infiammatorio (di tipo 2) di IL-13.

Ma ecco la parte intrigante: l’analisi delle vie metaboliche (GSEA) ha rivelato che IL-13 sopprimeva anche la via di segnalazione di TNF-α (un potente segnale pro-infiammatorio, più legato all’infiammazione di tipo 1/Th1) in quasi tutti i tipi cellulari, specialmente nelle cellule club [Fig. 2a]. Sembra che IL-13 spinga verso un’infiammazione allergica (Th2) ma, allo stesso tempo, metta un freno all’infiammazione guidata da Th1 [43-46]. Un doppio ruolo inaspettato! Inoltre, IL-13 riduceva l’attivazione della via della Transizione Epitelio-Mesenchimale (EMT) in alcuni tipi cellulari, un processo spesso associato alla fibrosi. Questo suggerisce un potenziale effetto protettivo contro certi aspetti del rimodellamento.

Quando Tollip Manca: L’Infiammazione si Accende

Ora, passiamo alle cellule TKD (senza Tollip) confrontate con le cellule normali (CTR). Come previsto, dato il ruolo di Tollip come “freno”, la sua assenza ha causato un’amplificazione significativa della segnalazione di TNF-α e di altre vie infiammatorie, soprattutto nelle cellule caliciformi, club e soprabasali [Fig. 3a]. Geni come TNF, NFKB1, TRAF1 sono schizzati alle stelle, confermando che Tollip normalmente li tiene a bada [2, 53]. Anche la via IL6-JAK-STAT3, un’altra importante via infiammatoria, era più attiva senza Tollip [11, 54].

Un’altra osservazione importante: nelle colture TKD (sia con che senza IL-13), abbiamo notato una riduzione consistente delle cellule multiciliate e un aumento delle cellule caliciformi rispetto alle colture con Tollip funzionante [Fig. 1, Additional file 2]. Le cellule ciliate sono fondamentali per la “pulizia” delle vie aeree (clearance mucociliare). La loro perdita, combinata con l’aumento dell’infiammazione, suggerisce che la mancanza di Tollip compromette seriamente l’omeostasi delle vie aeree, rendendole più vulnerabili [33, 34].

L’Interazione Complessa: Tollip, IL-13 e la Risposta Cellulare Specifica

Ed eccoci al dunque: cosa succede quando mettiamo insieme la mancanza di Tollip (TKD) e lo stimolo con IL-13 (TKDIL13)? Confrontando TKDIL13 con TKD (per vedere l’effetto di IL-13 in assenza di Tollip) e confrontando TKDIL13 con IL13 (per vedere l’effetto della mancanza di Tollip in presenza di IL-13), abbiamo fatto scoperte interessanti.

Innanzitutto, abbiamo visto che l’effetto soppressivo di IL-13 sulla via del TNF-α persisteva anche senza Tollip, specialmente nelle cellule caliciformi, dove la soppressione era addirittura più forte rispetto alle cellule normali [Fig. 2b]. Tuttavia, in altri tipi cellulari (come le cellule basali e club), questo effetto di IL-13 svaniva in assenza di Tollip. Questo ci dice che l’interazione tra Tollip e IL-13 è altamente specifica per tipo cellulare. Sembra che la mancanza di Tollip renda le cellule caliciformi ancora più sensibili all’effetto “calmante” (anti-Th1) di IL-13.

Sorprendentemente, confrontando l’effetto della mancanza di Tollip in presenza di IL-13 (TKDIL13 vs IL13) con l’effetto della mancanza di Tollip da sola (TKD vs CTR), i risultati erano molto simili [Fig. 3b vs 3a]. Questo suggerisce che, per la maggior parte, l’impatto principale della mancanza di Tollip (cioè l’aumento dell’infiammazione di tipo TNF-α) non viene modificato drasticamente dalla presenza di IL-13. In altre parole, la carenza di Tollip sembra avere un effetto dominante e abbastanza indipendente da IL-13 nell’accendere certi tipi di infiammazione.

Cosa Significa Tutto Questo?

Questo studio, il primo nel suo genere a livello di singola cellula, ci ha regalato una visione molto più dettagliata e sfumata di come Tollip e IL-13 interagiscono nelle cellule delle nostre vie aeree. Abbiamo confermato il ruolo critico di Tollip nel frenare l’infiammazione (specialmente quella legata a TNF-α) e nel mantenere l’equilibrio tra i diversi tipi cellulari (come le cellule ciliate). Abbiamo anche illuminato il doppio volto di IL-13, che da un lato promuove l’infiammazione allergica (Th2) e dall’altro sopprime quella di tipo Th1 e alcuni processi di rimodellamento.

La scoperta più intrigante è forse la specificità cellulare dell’interazione: la mancanza di Tollip modifica la risposta a IL-13 in modo diverso a seconda del tipo di cellula. Questo suggerisce che future terapie mirate a queste vie (ad esempio per l’asma) potrebbero dover essere molto più precise, tenendo conto non solo dei mediatori coinvolti ma anche dei tipi cellulari specifici su cui agiscono.

Certo, il nostro è uno studio in vitro, basato su cellule di un singolo donatore, quindi servono ulteriori ricerche per confermare questi risultati su scala più ampia e in modelli più complessi. Tuttavia, queste scoperte aprono nuove strade per capire meglio malattie come l’asma e per identificare potenziali bersagli terapeutici, specialmente per quei pazienti che potrebbero avere una funzione ridotta di Tollip. La ricerca continua!

Fonte: Springer