News

Il ruolo della proteina YAP nell'attivazione delle cellule interstiziali della valvola aortica stenotica in rapporto con la rigidità locale

Da un’originale e innovativa ricerca della Unità di ingegneria tissutale del Monzino, un passo avanti verso l’individuazione di un possibile bersaglio terapeutico nella stenosi aortica calcifica.

20 Novembre Nov 2018 0000 21 days ago
  • Maurizio Pesce, Elena Tremoli

La stenosi valvolare aortica calcifica (la più diffusa tra le patologie valvolari), è causata, com’è noto, dall'accumulo di noduli mineralizzati che ne alterano la funzione, con conseguente insufficienza della valvola, rigurgito ematico e, infine, insufficienza cardiaca. È stata a lungo considerata una malattia derivante dall'accumulo di lipidi, dall’esposizione ai fattori di rischio tradizionali per l’aterosclerosi, dall’età e da determinanti genetici. Oggi però si ritiene che nella genesi di questa grave patologia svolgano un ruolo altrettanto importante anche le forze meccaniche che agiscono sul tessuto valvolare durante il ciclo cardiaco e la suscettibilità delle cellule interstiziali valvolari (VIC) a tali forze. Suscettibilità che le rende dei veri e propri "meccano-sensori" tissutali.

Le VIC sono una popolazione cellulare eterogenea, la cui funzione principale nella valvola consiste nel rinnovare la matrice extracellulare. Questa, a sua volta, svolge un ruolo cruciale nel funzionamento delle valvole cardiache, contribuendo alle loro proprietà fisiche e meccaniche, mantenendo la disposizione spaziale delle cellule e mediando nelle complesse interazioni tra cellule, matrice e sollecitazioni esterne.

Nella stenosi aortica calcifica, le cellule interstiziali della valvola vanno incontro alla differenziazione da un fenotipo “quiescente” a uno “attivato”, caratterizzato da sovra-espressione di actina del muscolo liscio (aSMA). Vi è un’ampia mole di evidenze sulla relazione tra le cellule VIC e la rigidità e/o l’allungamento della matrice extracellulare, ma qual è il ruolo che le sollecitazioni meccaniche e le variazioni della rigidità hanno sulla programmazione molecolare e sulla dinamica del citoscheletro delle VIC? In altre parole, per quali vie gli stimoli meccanici diventano “patogeni” per le VIC?

Un nuovo studio dell’Unità di ingegneria tissutale cardiovascolare del Monzino, diretta dal dottor Maurizio Pesce, ha cercato di rispondere a queste domande, indagando il ruolo della rigidità e dell’elasticità meccanica nell’attivazione delle VIC in due diversi contesti di patologia valvolare aortica, prelevando le cellule interstiziali rispettivamente da pazienti con stenosi aortica e da pazienti con insufficienza aortica (dunque con valvole non calcifiche e non caratterizzate da infiammazione estesa). I diversi gruppi di cellule sono stati coltivati su uno speciale supporto di coltura con rigidità modulabile e controllata con microscopio a forza atomica (AFM), il quale consente di monitorare le proprietà elastiche con risoluzione nanoscopica).

Questo originale substrato di adesione ha permesso di studiare le dinamiche del citoscheletro dei due differenti gruppi di VIC e, in particolare, il comportamento del fattore di trascrizione YAP correlato alla meccano-sensibilità, una delle proteine regolatrici coinvolte in una via di segnale con un ruolo chiave nella proliferazione e rigenerazione cellulare (la via “Hippo”).

Lo studio ha evidenziato che, sebbene le cellule interstiziali da valvole stenotiche e da valvole insufficienti non differiscano per le risposte di base (adesione, proliferazione, ecc), sottili variazioni nella rigidità della matrice extracellulare concorrono invece ad attivare la differenziazione patologica delle VIC nelle valvole calcifiche. In particolare, in concomitanza con un aumento della tensione del citoscheletro, la proteina YAP delle VIC da valvole calcifiche migra dal citoplasma al nucleo in risposta agli stimoli meccanici (al contrario di quanto avviene nelle VIC da valvole non calcifiche) e contestualmente si verifica una sovra-espressione di actina del muscolo liscio (aSMA) nei filamenti del citoscheletro.

Il nostro studio rappresenta un passo avanti nella comprensione della differenziazione disadattativa delle VIC umane su base meccano-sensibile. Per la prima volta in letteratura, sono stati forniti approfondimenti su possibili differenze nella meccano-attivazione della proteina YAP in due condizioni patologiche della valvola aortica, caratterizzate da un diverso impatto dell’attività pro-infiammatoria e dell'estensione del processo di calcificazione.

Maurizio Pesce

Questi risultati potrebbero portare a importanti sviluppi clinici, in particolare attraverso l'inibizione della via di segnale mediata da YAP nel contesto patologico della stenosi aortica calcifica. In particolare, un aminoacido derivato dalla porfirina (la Verteporfina, già utilizzata nel contesto di un trattamento innovativo della degenerazione maculare), che interrompe le interazioni tra la proteina YAP e i suoi coattivatori trascrizionali, potrebbe costituire un possibile strumento farmacologico per "desensibilizzare" la meccano-trasduzione delle VIC in vivo, e limitare così la progressione della malattia.

Va aggiunto, infine, che lo studio dell’Unità di ingegneria tissutale cardiovascolare del Monzino potrebbe avere rilevanti implicazioni anche nella progettazione di scaffold con caratteristiche controllate meccanicamente, in vista di ulteriori sviluppi di ingegneria tissutale delle valvole.


APPROFONDISCI


Riferimenti
1. Santoro R, Scaini D, Severino LU, Amadeo F, Ferrari S, Bernava G, Garoffolo G, Agrifoglio M, Casalis L, Pesce M. Activation of human aortic valve interstitial cells by local stiffness involves YAP-dependent transcriptional signaling. Biomaterials 181 (2018) 268e279