La proteina mitocondriale MAPL innesca la morte cellulare infiammatoria attraverso il rilascio lisosomiale di mtDNA

I mitocondri sono noti regolatori della morte cellulare, ma una nuova ricerca della McGill University pubblicata su Nature Cell Biology rivela una via infiammatoria precedentemente sconosciuta, con diretta rilevanza per il morbo di Parkinson e la disregolazione immunitaria. Lo studio è incentrato su MAPL (Mitochondrial Anchored Protein Ligase, nome del gene MUL1), una SUMO E3 ligasi della membrana mitocondriale esterna, precedentemente nota per la sua capacità di promuovere l'apoptosi. Gli autori hanno utilizzato la sovraespressione adenovirale di MAPL insieme a un mutante con delezione del dominio RING (ΔRING) per dimostrare che l'attività citotossica di MAPL richiede la sua attività enzimatica di SUMOilazione — le cellule che esprimevano ΔRING sopravvivevano, mentre quelle che esprimevano MAPL morivano in molteplici linee cellulari umane, tra cui U2OS, fibroblasti umani ed epatociti HUH-7 (p<0,0001 per U2OS rispetto al controllo rtTA).

Per mappare sistematicamente la via di morte, il team ha condotto uno screen di sopravvivenza con knockout genomico CRISPR nelle cellule HUH-7 trasdotte con Ad-MAPL. Il principale hit protettivo dello screen era CXADR (recettore del coxsackievirus e dell'adenovirus), che ha fornito una validazione interna. In modo cruciale, il secondo hit maggiormente arricchito era cGAS (MB21D1), il sensore citosolicodel DNA, con STING anch'esso tra i knockout protettivi. L'analisi di arricchimento dei set genici dei principali hit puntava in modo schiacciante verso la segnalazione infiammatoria — cascate IL-1, segnalazione MyD88 e vie dei recettori Toll-like — piuttosto che verso i classici meccanismi apoptotici. Tra i knockout protettivi figuravano anche NLRP3, ASC1, caspasi-1 e gli effettori della gasderina GSDMD e GSDME, collocando con certezza la morte indotta da MAPL nella categoria della piroptosi.

A livello sperimentale, la sovraespressione di MAPL causava la rottura della membrana plasmatica, rilevata tramite l'assorbimento del SYTOX Green (un colorante del DNA impermeabile alle cellule), mentre il classico induttore dell'apoptosi tBID non provocava tale permeabilizzazione. La deplezione mediante siRNA di GSDMD o GSDME proteggeva significativamente le cellule dalla rottura della membrana indotta da MAPL, indicando una co-dipendenza di entrambe le gasderine in fasi distinte della via. A differenza della morte indotta da tBID, quella indotta da MAPL era completamente preservata nelle cellule con doppio knockout di BAX/BAK, confermando che si tratta di un meccanismo non apoptotico. L'espressione di MAPL induceva inoltre, in maniera RING-dipendente, la sovraregolazione dell'mRNA e della proteina IL-6, dell'mRNA e della proteina NLRP3, nonché la clivazione di GSDMD e GSDME — tutti effetti bloccati dall'inibitore pan-caspasico ZVAD.

Un risultato meccanicistico fondamentale è stato che le cellule prive di mtDNA (cellule Rho0 derivate da cellule di osteosarcoma 143b) erano completamente protette dalla piroptosi indotta da MAPL, misurata tramite assorbimento di SYTOX Green, stabilendo che il mtDNA è il ligando essenziale attivatore di cGAS. Gli autori hanno dimostrato che MAPL promuove la biogenesi di vescicole di derivazione mitocondriale (MDV) che trasportano mtDNA ai lisosomi. I pori della gasderina — in particolare GSDMD — permeabilizzano poi la membrana lisosomiale, rilasciando il mtDNA nel citosol, dove attiva la segnalazione cGAS-STING e completa la cascata pirototica. Ciò identifica i lisosomi come un intermediario inatteso nella rilevazione citosolicadel mtDNA.

Forse il dato più rilevante dal punto di vista clinico è che diversi geni associati al morbo di Parkinson — VPS35 (complesso retromero) e LRRK2 (una chinasi mutata nel PD familiare) — si sono rivelati regolatori della piroptosi indotta da MAPL. La deplezione di MAPL, LRRK2 o VPS35 inibiva ciascuna la morte cellulare infiammatoria nei macrofagi primari, dimostrando che questo asse di segnalazione mitocondri-lisosomi opera in cellule immunitarie innate autentiche e non soltanto in linee cellulari ingegnerizzate. Questi risultati collocano MAPL e la via MDV-lisosomi all'intersezione tra biologia mitocondriale, immunità innata e meccanismi delle malattie neurodegenerative.