Il complesso mTOR (mTORC1) regola la crescita cellulare e il metabolismo in risposta a molteplici segnali ambientali. I nutrienti segnalano tramite le proteine Rag (GTPasi) per promuovere la localizzazione di mTORC1 sulla superficie lisosomiale, il suo sito di attivazione. Il complesso mTOR1 è composto da più di una decina di subunità a e la sua complessità sembra aumentare nel tempo. Esso possiede sensori per la maggior parte degli aminoacidi, soprattutto quelli essenziali che innescano la sintesi proteica (come quelli ramificati e l’arginina o la glutammina). Ma nono tutti i sensori per ogni aminoacido sono sconosciuti. Sestrin1 e Sestrin2 rilevano la leucina, mentre CASTOR1 rileva l’arginina citosolica. Nel 2017 gli scienziati hanno identificato SAMTOR, una proteina non caratterizzata in precedenza, che inibisce la segnalazione mTORC1 interagendo con GATOR1, la proteina attivatrice della GTPasi (GAP) per RagA/B.
E’ stato scoperto che il donatore di gruppi metile S-adenosilmetionina (SAM) interrompe il complesso SAMTOR-GATOR1 legandosi direttamente a SAMTOR. Nelle cellule, la carenza di metionina riduce i livelli di SAM al di sotto della costante di dissociazione e promuove l’associazione di SAMTOR con GATOR1, inibendo così la segnalazione mTORC1. L’attivazione di mTORC1 indotta dalla metionina richiede la capacità di legame SAM di SAMTOR. Diverse proprietà di SAMTOR suggeriscono che funzioni come un sensore SAM che segnala la sufficienza di metionina cellulare: (i) SAMTOR lega SAM con un’affinità compatibile con il calo delle concentrazioni intracellulari di SAM causato dalla carenza di metionina, (ii) è necessario affinché la carenza di metionina inibisca la segnalazione di mTORC1 e (iii) i mutanti SAMTOR che non legano SAM non possono segnalare la sufficienza di metionina a mTORC1.
Poiché i livelli di SAM possono essere influenzati dalla disponibilità di folato, betaina e vitamina B12, SAMTOR può anche collegare la segnalazione di mTORC1 alla disponibilità di questi metaboliti. Il pathway Rag GTPasi rileva e integra la presenza di più amminoacidi a monte di mTORC1. A differenza di Sestrins e CASTOR1, che si legano a GATOR2, SAMTOR interagisce con GATOR1-KICSTOR. A differenza di leucina e arginina, che legano direttamente i sensori a monte di mTORC1, la metionina viene rilevata indirettamente tramite la SAM. Essa è un metabolita centrale necessario per la maggior parte delle reazioni di metilazione, tra cui quella del DNA, degli istoni e dei fosfolipidi, e ora gli ultimi dati evidenziano il suo ruolo aggiuntivo come molecola di segnalazione. Ma come fa la metionina a fare tutto ciò? Lo fa in modo indiretto: l’enzima cellulare proteina-arginil-metiltransferasi 1 (PRMT1) utilizza la SAM come cofattore per una regolazione basata sull’attività enzimatica della segnalazione mTORC1.
In condizioni di sufficiente metionina, infatti, la SAM citosolica elevata rilascia SAMTOR da GATOR1, che conferisce l’associazione di PRMT1 con GATOR1. Successivamente, PRMT1 caricata con SAM metila NPRL2, la subunità catalitica di GATOR1, sopprimendo così la sua attività GAP e portando all’attivazione di mTORC1. In particolare, l’inibizione genetica o farmacologica di PRMT1 impedisce la rilevazione della metionina epatica da parte di mTORC1 e migliora la sensibilità all’insulina nei topi anziani, stabilendo il ruolo della rilevazione della metionina mediata da PRMT1 a livelli fisiologici. Pertanto, la PRMT1 si coordina con SAMTOR per formare l’apparato di rilevazione della metionina della segnalazione mTORC1. Al di là della complessità di queste informazioni per il pubblico in generale, esse hanno importanza pratica in campo oncologico. Virtualmente tutti i tumori sono dipendenti dalla metionina per la loro sopravvivenza.
La deprivazione delle cellule tumorali con questo aminoacido può condurle a morte programmata (apoptosi). In passato sono stati condotti sia studi in vitro che in vivo sugli effetti della metioninasi batterica (dallo Pseudomonas putida) sulle cellule tumorali, come quelle del carcinoma del colon (cellule HCT-11 in coltura). La metioninasi provoca un calo maggiore di SAM nelle cellule cancerose rispetto alle cellule normali, a causa della dipendenza delle cellule cancerose dalla metionina che provoca livelli di SAM ridotti sotto restrizione della metionina, che può causare l’inibizione di mTOR tramite SAMTOR e la morte apoptotica. È stato precedentemente dimostrato che la metioninasi ricombinante (rMETase), in combinazione con rapamicina, eradica sinergicamente senza tossicità un osteosarcoma del seno trapiantato in un modello murino derivato da paziente.
Questo risultato suggerisce la possibilità che mTOR tramite SAMTOR e la SAM possa avere un effetto molto diverso nelle cellule tumorali a causa della carenza acuta di SAM sotto restrizione di metionina che può inibire notevolmente l’attività della proteina chinasi di mTOR. Questo, in opposizione alle cellule normali in cui la restrizione di metionina non causa una carenza acuta di SAM. Infatti nello studio di Ardjmand et al. (2024), la carenza di metionina tramite rMETase uccide le cellule tumorali, ma non fa nulla ai fibroblasti normali. Parimenti, l’effetto sinergico di rMETase + rapamicina appare solo nelle prime ma non nei secondi. Un secondo studio continuativo dello stesso gruppo di ricerca ha anche precisato che la somministrazione di rapamicina + metioninasi deve essere simultanea e non sequenziale: nel secondo caso l’inibizione sulle cellule tumorali in vitro è del 40%, mentre in caso di somministrazione contemporanea la percentuale sale al 72%.
Questo apre la possibilità di una migliore applicazione di una bioterapia oncologica che possa essere scevra da tutti gli effetti collaterali conosciuti della chemioterapia convenzionale.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
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