Ruolo e comportamento della proteina YAP
La proteina YAP (proteina associata all’enzima Yes) è una delle proteine regolatrici nel percorso di segnalazione della via “Hippo” (descritta per la prima volta nella Drosophila), la quale a sua volta ha un ruolo chiave nella proliferazione e rigenerazione cellulare. A livello tissutale, YAP è essenziale per lo sviluppo embrionale, il controllo delle dimensioni degli organi e la rigenerazione, mentre la sua deregolazione porta alla carcinogenesi o ad altre malattie. Si tratta di un oncogene potente, che risulta sovra-espresso in vari tumori umani.
Un crescente numero di studi rivela che YAP (insieme al suo paralogo TAZ) svolge un ruolo centrale di meccano-trasduzione, nel fornire alla struttura transcrizionale del nucleo informazioni sulle caratteristiche meccaniche della matrice extracellulare.
Le cellule, come è noto, percepiscono il loro microambiente non solo attraverso molecole segnale e fattori solubili, ma anche direttamente attraverso stimoli fisici e meccanici. Esse traducono gli stimoli in segnali biochimici attraverso un processo detto di meccano-trasduzione, in grado di regolare numerosi aspetti del comportamento cellulare, tra cui crescita, differenziamento, progressione tumorale, ecc.
YAP e TAZ sono appunto in grado di rispondere ai segnali meccanici generati dall’elasticità o rigidità della matrice extracellulare. A seconda della sua localizzazione (nel nucleo o nel citoplasma), YAP è in grado oppure no di attivare la trascrizione dei geni responsabili della divisione cellulare e dell'apoptosi. E la localizzazione intra-nucleare di YAP (e dunque la sua attivazione) è regolata, tra l’altro, dalle proprietà meccaniche della matrice extracellulare.
La quantità di proteina YAP presente nel nucleo è correlata, cioè, alla rigidità della matrice extracellulare. Quando le cellule sono poste su matrice molle, i livelli di YAP citoplasmatica aumentano, e diminuisce il tasso di proliferazione cellulare. Viceversa, quando le cellule sono messe a contatto con un ambiente rigido, la proteina YAP citoplasmatica si sposta nel nucleo e induce la proliferazione cellulare.
Lo studio dell’Unità di ingegneria tissutale cardiovascolare del Monzino, diretta da Maurizio Pesce, ha osservato, per la prima volta, questa risposta di YAP alla rigidità del contesto nelle cellule interstiziali prelevate da valvole aortiche umane (VIC), in due differenti condizioni patologiche, stenosi calcifica o insufficienza.
In particolare, lo studio ha evidenziato che, nelle VIC da valvole stenotiche:
- il numero di cellule con proteina YAP localizzata nel nucleo è non rilevabile o relativamente basso in substrati con valori di rigidità inferiori a 17 kPa (chilopascal), mentre è massima la sua localizzazione intra-citoplasmatica, a dirci che il livello di attivazione della YAP è ridotto;
- con valori di rigidità compresi tra 17 kPa e 28 kPa, il numero di cellule con proteina YAP localizzata nel nucleo subisce invece un brusco incremento, con aumento del livello di attivazione di YAP;
- a valori di rigidità intorno a 60 kPa, si assiste poi a una sostanziale saturazione del meccanismo che promuove la migrazione nucleare di YAP.
Figura 1. Lembo di valvola aortica calcifica: regioni con compliance meccanica compatibile con l'attivazione delle VIC (in base a meccanismi dipendenti dalla rigidità), evidenziate mediante valutazione del modulo elastico locale. (A) Sezione radiale di un lembo calcifico colorato con reagente von Kossa per il rilevamento delle calcificazioni. Le regioni circoscritte dalle linee gialle sono quelle in cui erano presenti calcificazioni diffuse, corrispondenti a intense colorazioni viola. La griglia di 50 x 50 mm, utilizzate come riferimento per eseguire la mappatura delle forze mediante microscopia a forza atomica (AFM) è sovrapposta all'immagine microscopica. (B) Mappatura termica "tipo-isobara", che mostra la rigidità del tessuto rilevata dall'AFM nella sezione adiacente a quella mostrata in A. I valori di rigidità sono indicati con il codice colore di riferimento sul lato destro del grafico. Notare la corrispondenza tra le aree con i valori di rigidità più elevati e quelle più calcificate evidenziate in A. (C) Quantificazione della rigidità delle aree non calcifiche (aree all’esterno di quelle cerchiate in giallo in A) rispetto alle aree calcificate (aree cerchiate in giallo in A). (* P <0,05).
Come spiegare queste evidenze? Quando le VIC sono in un contesto di maggiore rigidità, (vedi figura 1, qui sopra) il loro citoscheletro (al contrario di quanto avviene in un contesto soft) deve resistere alle sollecitazioni derivanti da tale rigidità. E vi è un rapporto tra entità della tensione del citoscheletro e meccanismi che inducono la localizzazione nucleare di YAP, attraverso un meccanismo che passa attraverso la deformazione del citoscheletro.
La migrazione di YAP dal citoplasma al nucleo, attraverso i micropori della membrana nucleare, – migrazione che è comunque promossa dalla defosforilazione di YAP (mentre quando la proteina è fosforilata essa rimane all’interno del citoplasma), – sarebbe promosso proprio dalla deformazione subita dal nucleo a causa dalla tensione meccanica del citoscheletro.
Ciò spiega la concomitanza osservata tra aumento della localizzazione nucleare di YAP e sovra-espressione di actina del muscolo liscio (aSMA) nei filamenti del citoscheletro, evidenziata proprio in substrati con valori di rigidità compresi tra 28 e 58 kPa e la sua drastica diminuzione con compliance meccanica inferiore a 17 kPa (vedi figura 2, qui sotto).
Lo studio indica nell’intervallo 17-28 kpa la soglia per l’accumulo di actina del muscolo liscio nel citoscheletro, con il conseguente aumento della rigidità della cellula, l’avvio della progressiva differenziazione delle cellule interstiziali.
