Doppio colpo per il cancro: il manganese iperattiva il sensore dello stress e uccide i tumori

Gli scienziati dell'Istituto di biofisica dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), dell'Università del Minnesota e dell'Istituto nazionale per il cancro (NCI) degli Stati Uniti, guidati dal professor Wang Likun, hanno pubblicato uno studio su iScience che dimostra che gli ioni manganese bivalenti (Mn²⁺) possono letteralmente "portare le cellule cancerose all'autodistruzione" iperattivando il sensore dello stress del reticolo endoplasmatico IRE1α e inducendo l'apoptosi tramite i percorsi RIDD e JNK.

Contesto: UPR e il ruolo di IRE1α

1. Controllo della qualità delle proteine. Le proteine mal ripiegate si accumulano nel reticolo endoplasmatico (ER) delle cellule, innescando la "risposta allo stress del RE" (UPR) tramite tre sensori: IRE1α, PERK e ATF6.

2. Doppia natura di IRE1α.

• Attivazione adattativa: lo stress moderato del RE induce lo splicing di XBP1 → ripristino dell'omeostasi.
• Risposta terminale: in condizioni di stress grave o prolungato, IRE1α disattiva il ramo XBP1 e innesca invece cascate mediate da RIDD (Regulated IRE1α-Dependent Decay) e JNK → apoptosi.

Questa dualità affascina da tempo gli oncologi, ma l'idea prevalente è stata quella di sopprimere IRE1α per indebolire le difese adattive del tumore. Il nuovo studio suggerisce l'approccio opposto: l'iperattivazione di IRE1α.

Protocollo sperimentale e metodi chiave

1. Coltura cellulare:

   • Cancro al seno (MCF-7), carcinoma epatocellulare (HepG2) e linee cellulari di controllo normali (HEK293).

   • Aggiunta di MnCl₂ (0–200 µM) per 24–48 h.

2. Verifica biochimica dell'attivazione di IRE1α:

   • La fosforilazione di IRE1α (Western blot) è aumentata in modo dose-dipendente a 50–100 µM Mn²⁺.

   • Attività RNasi (RIDD): il decadimento degli mRNA bersaglio (Blos1, Sparc) è stato misurato tramite qPCR.

   • Percorso JNK: i livelli di p-JNK e dei suoi substrati (c-Jun) sono aumentati di 2-3 volte.

3. Giunzione XBP1s:

   • I test RT-PCR hanno dimostrato che Mn²⁺ non aumenta il livello della variante di splicing XBP1s, ovvero sovraccarica specificamente il ramo terminale dell'UPR.

4. Apoptosi e sopravvivenza cellulare:

   • La citometria a flusso (Annexina V/PI) ha rivelato fino al 60% di cellule apoptotiche dopo 48 ore di trattamento con 100 µM Mn²⁺;

   • L'analisi MTT ha confermato una riduzione della vitalità fino al 30% nelle linee tumorali alla stessa dose, mentre le cellule normali hanno mantenuto una sopravvivenza dell'80%.

5. Controllo molecolare:

   • Il knockout genetico di IRE1α (CRISPR–Cas9) ha completamente abolito la citotossicità Mn²⁺, dimostrando la dipendenza da IRE1α.

   • La somministrazione di inibitori di JNK a piccole molecole (SP600125) ha ridotto l'apoptosi di circa il 50%, indicando il coinvolgimento di questo ramo.

Modelli preclinici in vivo

1. Modello murino di cancro al seno:

   • Somministrazione intratumorale di MnCl₂ (1 mM, 20 µL) due volte a settimana per 3 settimane.

   • Crescita del tumore: in oltre l'80% dei casi, i tumori si sono ridotti o stabilizzati; i controlli hanno continuato a progredire.

2. Tossicità e sicurezza:

   • I valori biochimici del sangue (ALT, AST, creatinina) sono rimasti nei limiti normali.

   • Istologia degli organi (fegato, reni, cuore) senza danni rilevati.

3. Espressione dei marcatori apoptotici:

   • Aumento dell'attività delle cellule caspasi-3 e TUNEL-positive nei siti tumorali.

Significato e prospettive

"Abbiamo dimostrato per la prima volta che l'iperattivazione selettiva di IRE1α con Mn²⁺ inverte il protocollo UPR nelle cellule tumorali, dando priorità all'apoptosi", spiega il Prof. Wang Likun. "Questo apre una nuova branca della terapia del cancro, in cui invece di sopprimere i percorsi di difesa, li 'sovraccarichiamo'".

• Mezzo di contrasto e oncoterapia? Il manganese è già utilizzato nei mezzi di contrasto per la risonanza magnetica, il che può facilitare una rapida attuazione della terapia.
• Sviluppo di donatori di Mn²⁺: nanodonatori mirati che rilasciano Mn²⁺ specificamente nel tumore, riducendo al minimo l'esposizione sistemica.
• Combinazione con immunoterapia: l'apoptosi potenziata può aumentare la produzione di neoantigeni e migliorare la risposta agli inibitori dei checkpoint.

Gli autori sottolineano alcuni punti chiave:

• Un nuovo paradigma per la terapia UPR
  "Abbiamo dimostrato che invece di sopprimere il sensore UPR IRE1α, è possibile ottenere un effetto antitumorale iperattivandolo", afferma il Prof. Wang Likun (CAS). "Questo apre le porte a una nuova strategia per la terapia del cancro basata sul 'sovraccarico' di stress del reticolo endoplasmatico".

• La specificità del meccanismo
  "Mn²⁺ stimola selettivamente i rami RIDD e JNK di IRE1α senza attivare la via adattiva XBP1s", osserva il Dott. Li Chang (NCI). "Questa risposta 'distorta' assicura l'apoptosi delle cellule tumorali con un impatto minimo sulle cellule normali".

• Prospettive di traduzione clinica
  "Dato che il manganese è già utilizzato come mezzo di contrasto nella risonanza magnetica, abbiamo tutte le possibilità di adattare rapidamente i donatori di Mn²⁺ alla clinica", commenta la Prof.ssa Sarah Lee (Minnesota). "Il prossimo passo è sviluppare sistemi di somministrazione mirati al tumore".

• Potenziale per la terapia combinata
  "L'iperattivazione di IRE1α può aumentare la produzione di neoantigeni e migliorare la risposta all'immunoterapia", aggiunge il Dott. Tanaka (CAS). "La combinazione di Mn²⁺ con inibitori dei checkpoint promette un effetto sinergico".

• Sicurezza e selettività
  "Nei nostri modelli preclinici, Mn²⁺ non ha causato danni ai tessuti normali né aumentato la tossicità sistemica", osserva il Dott. Martinez (Minn.). "Questo è fondamentale per passare alle sperimentazioni cliniche".

Questo studio apre una nuova strada al trattamento del cancro attraverso l'attivazione controllata della risposta allo stress cellulare e introduce il manganese come agente antitumorale in grado di sovraccaricare i meccanismi di sopravvivenza delle cellule tumorali.