L’eccesso di muco durante la stagione del raffreddore e dell’influenza, è un sintomo comune e sgradevole di malattia ma questa sostanza vischiosa è essenziale per la salute umana. Il team di ricercatori per comprendere meglio i suoi molteplici ruoli, hanno sintetizzato il componente principale del muco, una proteina ricoperta di zucchero chiamata mucina, hanno scoperto che cambiando le mucine delle cellule sane per farle assomigliare a quelle delle cellule cancerose, le cellule sane si comportano in modo più simile al cancro.
Jessica R. Kramer ingegnere biomedico americano, lavora come assistente professore di bioingegneria e professore assistente aggiunto di farmaceutica e chimica farmaceutica presso l’Università dello Utah. Il suo laboratorio di ricerca si concentra sulla sintesi e l’applicazione dei glicopolipeptidi, ha diretto lo studio che ha presentato alla Riunione primaverile dell’American Chemical Society (ACS), ha affermato:
«Il muco per centinaia di anni, è stato considerato un materiale di scarto o una semplice barriera, in effetti, funge da barriera, regolando il trasporto di piccole molecole e particelle alle cellule epiteliali sottostanti che rivestono le vie respiratorie e digestive. Ma fa anche molto di più».
Gli studi dimostrano che il muco e le mucine sono biologicamente attivi e svolgono un ruolo nell’immunità, nel comportamento delle cellule e nella difesa contro gli agenti patogeni e il cancro. Il team di ricerca di Jessica R. Kramer dell’Università dello Utah, ad esempio, recentemente ha scoperto che in coltura cellulare, specifici zuccheri aderenti alle mucine inibiscono l’infezione da coronavirus.
Jessica R. Kramer ha affermato:
«Parte della sfida di studiare il muco e le mucine, in generale è che hanno una grande varietà di strutture proteiche. Sebbene gli esseri umani condividano più di 20 geni per le mucine, questi geni sono espressi in modo diverso nei vari tessuti e, per generare una serie di proteine, sono sottoposti a “splicing” (in ingegneria genetica, tecnica per fondere insieme due molecole di DNA, finalizzata a realizzare DNA ricombinante). Inoltre, le cellule modificano queste proteine in una miriade di modi con zuccheri diversi per soddisfare le esigenze dell’organismo».
È stato evidenziato che a complicare il quadro, i fattori genetici da soli non determinano la composizione delle mucine, anche i fattori dietetici e ambientali possono influenzare gli zuccheri che si legano a queste proteine. Pertanto, la composizione del muco può variare in modo significativo da persona a persona, da giorno a giorno e da tessuto a tessuto, ciò rende difficile identificare gli effetti biologici di una determinata mucina.
Jessica R. Kramer ha affermato:
«Il team di ricercatori per studiare le proprietà delle mucine, possono raccogliere il muco dagli animali nei macelli, ma alla fine è piuttosto laborioso e difficile da purificare. E nel processo di raccolta, di solito le proprietà appiccicose e viscide vengono compromesse».
Le mucine in alternativa, possono essere acquistate come prodotti standard, ma poiché la variabilità da lotto a lotto può causare problemi di riproducibilità sperimentale, sono necessari metodi per produrre in modo affidabile, mucine sintetiche a un prezzo ragionevole.
Il laboratorio di Jessica R. Kramer in assenza di un semplice metodo genetico per produrre singole mucine, ha combinato la chimica sintetica e gli enzimi batterici per generare i polipeptidi di base, e poi aggiungere selettivamente zuccheri per creare uniche mucine sintetiche. Ciò permette ai ricercatori di testare le proprietà fisiche, chimiche e biologiche dei singoli tipi di molecole di mucina, e di identificare l’impatto della modifica di singoli zuccheri o sequenze proteiche.
Jessica R. Kramer insieme al laboratorio del collaboratore Jody Rosenblatt del King’s College di Londra sta applicando le mucine del suo team a tematiche di biologia del cancro. Gli scienziati in particolare stanno esplorando l’influenza delle mucine sulle prime fasi di formazione del tumore.
Studi precedenti condotti in altri laboratori hanno dimostrato che le mucine incorporate nella superficie delle cellule tumorali, favoriscono la metastasi, ovvero la diffusione del cancro ad altri tessuti del corpo, queste mucine possono anche aiutare le cellule tumorali a eludere le difese del sistema immunitario, bloccando l’attivazione delle cellule immunitarie.
Jessica R. Kramer ha affermato:
«Stiamo costruendo mucine sintetiche per capire come gli aspetti chimici di queste proteine influenzino il comportamento delle cellule tumorali. Non è stato possibile studiare questi aspetti prima d’ora, perché non possiamo controllare le proprietà molecolari delle mucine con i metodi genetici e biochimici tradizionali».
Normalmente, quando le cellule epiteliali non cancerose crescono, si accalcano tra loro, per mantenere una struttura tissutale coerente e stabile, alcune vengono eliminate dallo strato epiteliale. Il team di ricercatori di Jessica R. Kramer quando ha modificato le cellule in modo che avessero una superficie voluminosa e ricca di mucina, simile a quella delle cellule tumorali, normalmente le cellule hanno smesso di fuoriuscire e si sono ammassate, formando quello che sembrava l’inizio di un tumore.
Jessica R. Kramer tuttavia si è affrettata a far notare che il suo team non ha determinato se la genetica delle cellule sia cambiata, quindi non può ancora affermare definitivamente se le cellule sane si siano trasformate in cellule cancerose, questi studi sono in corso.
Le conoscenze acquisite saranno fondamentali per lo sviluppo di possibili trattamenti antitumorali mirati alle mucine, in quanto contribuiranno a evidenziare quali parti delle molecole di mucina siano più importanti per la formazione del tumore.
Jessica R. Kramer ha affermato:
«Gli scienziati hanno cercato di creare terapie mirate alle mucine per decenni, ma non hanno funzionato bene, in parte perché i gruppi di zucchero sulle molecole non sono stati presi pienamente in considerazione. Per un vaccino, non possiamo considerare solo la sequenza proteica, perché non è questo l’aspetto della molecola per il sistema immunitario. Invece, quando una cellula immunitaria si imbatte nella superficie di una cellula tumorale, vedrà prima gli zuccheri, non la spina dorsale proteica».
Jessica R. Kramer ritiene quindi che un vaccino efficace dovrà essere mirato agli zuccheri della mucina. Oltre al cancro, la capacità di modificare in modo affidabile la sequenza proteica e gli zuccheri e di produrre quantità scalabili di mucine sintetiche, offre l’opportunità di sviluppare queste molecole come antinfettivi, probiotici e terapie a sostegno della salute riproduttiva e femminile.
