Ricercatori in Brasile alla ricerca di nuovi antidolorifici hanno scoperto invece una potenziale mutazione di insensibilità al dolore che codifica per una proteina nota per mitigare la risposta sensoriale al calore e la sensazione di bruciore causata dai peperoncini.
Lo studio, pubblicato sul Journal of Clinical Investigations, ha scoperto che una variante aviaria del TRPV1, un recettore neuronale che cattura gli stimoli nocivi, può bloccare il dolore cronico, oltre a proteggere da altri stimoli nel cuore e nel cervello. La speranza è che questa nuova scoperta possa portare allo sviluppo di nuovi farmaci antidolorifici che non avranno effetti collaterali come dipendenza e tolleranza.
"Ci sono più di 1.000 mutazioni TRPV1 negli esseri umani, e non c'è niente di nuovo nel cercare di spegnere il recettore per alleviare il dolore, ma questi tentativi non hanno avuto successo fino ad ora", ha detto Vanessa Olzon Zambelli, ricercatrice presso il Butantan Institute. Special Pain and Signaling Laboratory (LEDS) a San Paolo e co-primo autore dell'articolo. “In primo luogo, molti farmaci risultanti da questo processo interferiscono con la regolazione della temperatura corporea. In secondo luogo, TRPV1 è un canale importante per la segnalazione del calore, ed alterando completamente la sua attività si annulla il dolore fisiologico, interferendo con la sensazione di calore bruciante, che ha una funzione protettiva».
Per la prima fase del loro lavoro, i ricercatori LEDS, in collaborazione con i gruppi della Stanford University, della Emory University e del Münster University Hospital in Germania, hanno interrogato un database del genoma per confrontare le sequenze genetiche del TRPV1 sia aviario che umano. Impiegando un approccio computazionale, hanno identificato cinque mutazioni aviarie che sembravano essere collegate alla resistenza al dolore. Utilizzando la microscopia elettronica criogenica, i ricercatori hanno scoperto che le mutazioni aviarie erano localizzate in K710, un residuo amminoacidico che si ritiene controlli il gating del canale TRPV1.
Sebbene queste mutazioni siano rare negli esseri umani, i ricercatori sono poi passati a studiare cosa accadrebbe se queste mutazioni fossero "trapiantate" nei mammiferi. Il test delle varianti nelle cellule geneticamente modificate ha mostrato che la funzione del canale TRPV1 era alterata. Si sono quindi rivolti all'editing genetico CRISPR/Cas9 per creare modelli murini con la mutazione K710N che avevano scoperto in precedenza per ridurre la reazione del recettore alla capsaicina, il composto nei peperoni che produce la sensazione di calore, nelle cellule.
Nei modelli murini con la mutazione K710N, i ricercatori non hanno osservato l'evitamento del dolore quando sono stati iniettati con capsaicina e dato mangime di pollo pepato, mentre i normali topi di controllo hanno sollevato i piedi per evitare qualsiasi contatto con la capsaicina poiché anche il contatto con la pelle stava presumibilmente causando loro dolore.
Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che oltre a reprimere il dolore, TRPV1 svolge anche un ruolo nelle cellule non neuronali come sensore molecolare intracellulare per proteggere dallo stress cellulare o dall'ischemia indotti dal glucosio. Test con cellule del muscolo cardiaco che erano state stressate con perossido di idrogeno, alti livelli di glucosio e ischemia hanno confermato le proprietà protettive.
Utilizzando le informazioni ottenute, i ricercatori hanno poi sviluppato un peptide chiamato V1-cal che ha agito in modo selettivo sulla regione K710. I topi trattati con il peptide ed a cui è stata somministrata la capsaicina hanno mostrato un comportamento di evitamento del dolore ed un minor rilascio di neuropeptidi che portano a infiammazione ed edema ed il dolore cronico è notevolmente migliorato.
“Ora vogliamo aggiungere valore a questo studio convalidando i risultati nelle migliori condizioni di laboratorio [richieste dalle agenzie di regolamentazione], identificare altre piccole molecole oltre al peptide che possono essere sintetizzate più facilmente, condurre studi preclinici e, se questi hanno successo , avviare una sperimentazione clinica”, ha concluso Zambelli.
ENGLISH
Researchers in Brazil looking for novel painkillers have discovered instead a potential pain insensitivity mutation that codes for a protein known to mitigate the sensory response to heat and the burning sensation caused by chili peppers.
The study, published in the Journal of Clinical Investigations, discovered that an avian variants of TRPV1, a neuron receptor that captures noxious stimuli can block chronic pain, as well as protection again other stimuli in the heart and brain. The hope is that this new discovery can result in the development of new pain medications that won’t have side effects such as dependence and tolerance.
“There are more than 1,000 TRPV1 mutations in humans, and there’s nothing novel about trying to switch the receptor off in order to relieve pain, but these attempts haven’t been successful until now,” said Vanessa Olzon Zambelli, a researcher at Butantan Institute’s Special Pain and Signaling Laboratory (LEDS) in São Paulo, and co-first author of the article. “First, many drugs resulting from this process interfere with body temperature regulation. Second, TRPV1 is an important channel for signaling heat, and completely altering its activity cancels out physiological pain, interfering with the sensation of burning heat, which has a protective function.”
For the first phase of their work, the LEDS researchers, in partnership with teams at Stanford University, Emory University and Münster University Hospital in Germany, queried a genome database to compare genetic sequences of both avian and human TRPV1. Employing a computational approach, they identified five avian mutations that appeared to be linked to pain resistance. Using cryogenic electron microscopy the investigators found that the avian mutations were located in K710, an amino acid residue believed to control gating of the TRPV1 channel.
While these mutations are rare in humans, the researchers then moved to studying what would happen if these mutations were “transplanted” into mammals. Testing of the variants in genetically modified cells showed that the function of the TRPV1 channel was altered. They then turned to CRISPR/Cas9 gene editing to create mouse models with the mutation K710N which they had previously found to reduce the receptor’s reaction to capsaicin—the compound in peppers that produces the heat sensation—in cells.
In the mouse models with the K710N mutation, the investigators did not observe avoidance of pain when they were injected with capsaicin and given peppery chicken feed, while the normal control mice lifted their feet to avoid any contact with capsaicin since even contact with the skin was presumably causing them pain.
Further, the researchers found that in addition to tamping down pain, TRPV1 also plays a role in non-neruonal cells as an intracellular molecular sensor to protect against glucose-induced cellular stress or ischemia. Testing with heart muscles cells that had been stressed with hydrogen peroxide, high levels of glucose and ischemia confirmed the protective properties.
Using the information gained, the researchers then developed a peptide called V1-cal which acted selectively on the K710 region. Mice treated with the peptide and given capsaicin exhibited pain-avoidance behavior and a lower release of neuropeptides that lead to inflammation and edema and chronic pain improved considerably.
“We now want to add value to this study by validating the results under best-practice laboratory conditions [required by regulatory agencies], identify other small molecules besides the peptide that can more easily be synthesized, conduct preclinical trials and, if these are successful, begin a clinical trial,” Zambelli concluded.
Da:
https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/patient-care/therapeutics/pain/gene-mutation-identified-that-helps-regulate-pain/?MailingID=%DEPLOYMENTID%