Meccanismi autofagici che regolano la patogenesi indotta dai virus: dal contenimento del virus alla modulazione della risposta immunitaria.
Descrizione
L’autofagia è il principale processo catabolico con cui i componenti intracellulari o le entità citosoliche potenzialmente pericolose possono essere degradati attraverso il loro trasporto ai lisosomi. Questo meccanismo è anche utilizzato per catturare i patogeni, con importanti implicazioni sia per l’immunità innata che adattativa. L’obiettivo di questo progetto è analizzare il ruolo dell’autofagia nella patogenesi indotta dai virus e nella modulazione della risposta immunitaria. Come modelli virali utilizzeremo i virus HIV-1 e SARS-CoV-2.
L’HIV è in grado di modulare l’autofagia per favorire la sua sopravvivenza e replicazione. In questo progetto testeremo se l’induzione dell’autofagia tramite vitamina D possa contrastare l’infezione e la replicazione di HIV. Inoltre, la vitamina D regola sia l’immunità innata che quella adattativa e di conseguenza modula le risposte infiammatorie antivirali e antibatteriche. La forma attiva della vitamina D svolge un ruolo nell’induzione dell’autofagia e nell’inibizione di alcuni virus. È importante notare che la carenza di vitamina D è frequente nelle persone con infezione da HIV ed è associata a un rischio maggiore di progressione della patologia. In questo studio, proponiamo di esaminare se la vitamina D sia capace di indurre autofagia e contrastare la replicazione di HIV.
Il coronavirus 2 della sindrome respiratoria acuta grave (SARS-CoV-2) è l’agente infettivo che causa la malattia da coronavirus 2019 (COVID-19), che è stato una minaccia globale a causa della sua alta trasmissibilità e patogenicità. Le conoscenze attuali sulla patogenesi di COVID-19 sono in rapida evoluzione, ma molte domande senza risposta rimangono riguardo allo sviluppo di una terapia efficace. I dati della letteratura hanno evidenziato una complessa interazione tra SARS-CoV-2 e autofagia, ma finora non ci sono prove conclusive a supporto di un effetto diretto dell’autofagia nel contrastare la replicazione del SARS-CoV-2. In questo progetto caratterizzeremo il flusso dell’autofagia durante l’infezione da SARS-CoV-2 e analizzeremo il possibile ruolo della vitamina D nel contrastare l’infezione virale.
L’autofagia è anche coinvolta nella regolazione della risposta immunitaria ai patogeni. In particolare, recenti pubblicazioni suggeriscono un ruolo dell’autofagia nell’acquisizione della funzione soppressiva da parte delle cellule mieloidi soppressorie (MDSC). Le MDSC sono emerse come uno dei protagonisti nella patogenesi di vari agenti infettivi. L’espansione delle MDSC è stata osservata durante l’infezione da HIV e nella malattia indotta da SARS-CoV-2, e si è suggerito un loro coinvolgimento nella patogenesi di entrambe le malattie. È stato dimostrato che l’autofagia gioca un ruolo nella regolazione della funzione soppressiva delle MDSC nei modelli tumorali. Tuttavia, il suo ruolo nella regolazione delle MDSC durante le malattie infettive è stato poco esplorato. Proponiamo di valutare il ruolo dell’autofagia nella regolazione dell’attività soppressiva delle MDSC durante le infezioni virali come HIV e SARS-CoV-2.
Obiettivi
Il presente progetto ha tre obiettivi principali:
- Analizzare il ruolo dell’autofagia nell’infezione da HIV e il possibile utilizzo della vitamina D, come induttore di autofagia, nel contrastare l’infezione.
- Valutare il ruolo dell’autofagia nell’infezione da SARS-CoV-2 e analizzare l’effetto della vitamina D nel contrastare l’infezione virale.
- Valutare il ruolo dell’autofagia nella regolazione della risposta immunitaria alle infezioni virali.
Risultati attesi
1.1 Caratterizzazione dell’interazione tra autofagia e livelli plasmatici di vitamina D durante l’infezione da HIV.
1.2 Identificazione della dose di vitamina D che può indurre autofagia nelle PBMC di individui con infezione da HIV in vitro.
1.3 Chiarire l’effetto dell’autofagia indotta da vitamina D sulla replicazione di HIV in vitro.
2.1 Definizione dei fattori del processo autofagico coinvolti nella regolazione della replicazione di SARS-CoV-2.
2.2 Identificazione della dose di vitamina D che può indurre autofagia e influire sulla replicazione di SARS-CoV-2.
3.1 Caratterizzazione del ruolo dell’autofagia nella regolazione delle funzioni delle cellule mieloidi soppressorie (MDSC) usando la vitamina D.
3.2 Chiarire l’impatto dell’autofagia indotta da vitamina D sulla risposta antivirale mediata dagli interferoni di tipo I.
Stato dell’arte
L’autofagia è il principale processo catabolico con cui i componenti intracellulari possono essere degradati tramite il trasporto ai lisosomi. Questo meccanismo gioca un ruolo importante nel sistema di difesa dell’ospite, rimuovendo e degradando i patogeni invasori. D’altra parte, i patogeni hanno evoluto strategie per inibire i ruoli di supporto dell’immunità dell’autofagia e per dirottare le attività delle proteine dell’autofagia a loro favore. Per quanto riguarda l’interazione tra HIV e autofagia, numerosi dati di ricerca suggeriscono che le fasi precoci dell’infezione da HIV consentono al virus di modulare le vie dell’autofagia preparando le cellule a essere permissive per l’infezione virale. Tuttavia, la disregolazione dell’autofagia nelle fasi tardive del ciclo di replicazione di HIV può promuovere la morte cellulare autofagica delle cellule T CD4+ o il controllo della latenza di HIV, contribuendo probabilmente alla progressione della malattia e alla persistenza dell’infezione. Sebbene i ruoli dell’autofagia durante l’infezione da HIV siano molteplici, diverse linee di evidenza hanno indicato un potenziale effetto benefico dell’indurre l’autofagia per potenziare la risposta immunitaria contro l’HIV. In accordo, abbiamo precedentemente dimostrato che l’autofagia contribuisce a contrastare la patogenesi virale nei pazienti HIV non progressori. Comprendere l’interazione HIV/autofagia potrebbe permettere lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche per eradicare il virus.
La COVID-19, causata dall’infezione da SARS-CoV-2, è stata una minaccia globale a causa della sua alta trasmissibilità e patogenicità. Le conoscenze attuali sulla patogenesi della COVID-19 sono in rapida evoluzione, ma nonostante i grandi sforzi siano stati concentrati sullo sviluppo di vaccini, molte domande senza risposta rimangono riguardo allo sviluppo di una terapia efficace. Sta emergendo dalla letteratura una complessa interazione tra autofagia e SARS-CoV-2. SARS-CoV-2 può replicarsi utilizzando specifiche vescicole a doppio strato che possono essere considerate come autofagosomi. Alcuni autori hanno riportato un aumento dell’autofagia nelle cellule mononucleate del sangue periferico dei pazienti infetti da SARS-CoV-2. Recenti dati hanno riportato un nuovo meccanismo utilizzato da SARS-CoV-2 per eludere la risposta immunitaria innata attraverso l’inibizione dell’autofagia. Pertanto, il ruolo dell’autofagia durante le diverse fasi di COVID-19 deve ancora essere stabilito. La vitamina D ha funzioni immunomodulatorie, antivirali e anti-infiammatorie. La carenza di vitamina D è frequente nelle persone con infezione da HIV ed è associata a un aumento del rischio di progressione della malattia. Tuttavia, i meccanismi molecolari responsabili del suo effetto necessitano di ulteriori indagini.
Durante la COVID-19, il mantenimento dei livelli di vitamina D contribuisce significativamente alla prevenzione della tempesta citochinica. È interessante notare che gli autofagosomi possono trasportare i PAMPs derivati da virus ai PRRs e avviare le risposte antivirali mediate dagli interferoni di tipo I (IFN-I). I processi autofagici sono utilizzati e regolati dagli IFN-I e dai geni stimolati da IFN-I (ISG) per eliminare i virus. Pertanto, l’interazione tra autofagia e le risposte IFN-I nelle diverse fasi dell’infezione potrebbe spiegare i diversi fenomeni che l’autofagia esercita nei suoi ruoli anti- o pro-virali.
Sia l’HIV che il SARS-CoV-2 possono contrastare la risposta IFN-I, ma se l’autofagia sia coinvolta non è ancora chiaro. Oltre alla risposta innata ai patogeni, l’autofagia partecipa all’induzione della risposta adattativa degradando i virus invasori e facilitando la presentazione degli antigeni virali. Inoltre, è stato dimostrato che l’autofagia ha un ruolo nella regolazione delle cellule mieloidi soppressorie (MDSC). Le MDSC sono emerse come uno dei protagonisti nella patogenesi di vari agenti infettivi associati a infiammazione cronica o acuta. Le MDSC sono in grado di inibire la proliferazione delle cellule T, modulare la produzione di citochine da parte dei macrofagi, sopprimere la funzione delle cellule NK e compromettere la differenziazione delle cellule dendritiche (DC). Le MDSC comprendono due principali sottogruppi: quello delle polimorfonucleate (PMN) e quello delle monocitiche (M)-MDSC. Una frequenza elevata di MDSC è stata trovata nei pazienti HIV+ e durante l’infezione da SARS-CoV-2. La percentuale di questa popolazione cellulare è stata associata alla progressione della malattia in entrambe le infezioni. I meccanismi che regolano l’espansione e la funzione soppressiva delle MDSC non sono stati chiaramente descritti. È stato dimostrato che l’autofagia promuove la capacità soppressiva delle M-MDSC, mentre la inibisce nelle PMN-MDSC.
È stato dimostrato che la vitamina D riduce la funzione soppressiva delle MDSC in un modello murino. Tuttavia, se questa inibizione sia mediata dall’autofagia non è stato indagato.
Riferimento: PRIN 2022 – Codice progetto: 2022YAW9B4 – CUP F53D23000990006
Investimento totale del progetto: 211.364,00 euro
Partner/proponente: Saint Camillus International University of Health Sciences
Coordinatore dell’UdR Università Roma Tre: Alessandra Sacchi
