CCR5 Background
CCR5 – C-C motif chemokine receptor 5: C-C chemokine receptor type 5 (CCR5) si trova sulla superficie dei globuli bianchi. La proteina CCR5 fa parte della famiglia dei recettori delle chemochine beta delle proteine integrali di membrana. È un recettore accoppiato alla proteina G. Funziona come un recettore per le chemochine CC infiammatorie e, di conseguenza, trasduce un segnale che aumenta il livello intracellulare di ioni calcio1,2.
CCR5 & HIV-1: è più comunemente noto per il suo ruolo di recettore centrale del virus dell’immunodeficienza umana-1 (HIV-1). L’HIV-1 usa i recettori delle chemochine come CCR5 come corecettori per entrare nelle cellule immunitarie grazie alla loro posizione sulla superficie della cellula ospite, che fornisce all’HIV un metodo di ingresso. La struttura della glicoproteina dell’involucro dell’HIV-1 facilita l’ingresso del virus nelle cellule ospiti3-5. La proteina dell’involucro imita una chemochina dando all’HIV-1 la capacità di legarsi ai recettori delle chemochine. La conoscenza del meccanismo con cui HIV-1 interagisce con CCR5 per causare l’infezione ha portato gli scienziati a cercare di sviluppare interventi terapeutici per bloccare la funzione di CCR5. Questa classe di farmaci per l’HIV è nota come antagonisti del recettore CCR5 e interferisce con l’interazione tra l’involucro di HIV-1 e CCR5. Questi farmaci sono sperimentali e solo uno, Maraviroc, è stato approvato dalla FDA per uso clinico.
Evoluzione e conservazione di CCR5: CCR5 è identificato in 98 specie diverse. Compilando le sequenze come mostrato sotto possiamo identificare molteplici siti conservati sulla proteina.
CCR5-D32 (CCR5-Delta 32): Alcuni individui hanno una variante ereditata in CCR5 conosciuta come Delta 32. All’interno di CCR5 questa è la variante più comune in tutto il mondo. La variante CCR5-D32 ha una frequenza allelica di >10% in quelli di discendenza europea, ma è presente in tutte le popolazioni a frequenze inferiori. Nel complesso, circa lo 0,38% degli individui sono portatori di due copie di CCR5-D32, noti come individui omozigoti, con quelli di discendenza europea elevati allo 0,91%.
CCR5-D32 è una delezione di 32 coppie di basi nel DNA che risulta nello spostamento del codice di lettura dell’RNA ai codoni delle proteine. Questo spostamento risulta in p.Ser185IlefsTer32. Questa variante inizia all’aminoacido 185, una serina (Ser), cambiando quella posizione in isoleucina (Ile) seguita da 31 aminoacidi che non sono come la normale sequenza di CCR5. Dopo questo tratto c’è un codone di stop che termina la proteina. Questa variante di perdita di funzione si traduce in una proteina non più in grado di essere prodotta, avendo tre dei sette domini transmembrana rimossi. Così, non c’è alcun recettore per l’HIV-1 per infettare i globuli bianchi. Si è scoperto che l’omozigosi per la variante Delta 32 comporta l’immunità all’infezione da HIV-1. L’eterozigosi è stata associata alla resistenza all’infezione da HIV-1 e a una lenta progressione della malattia verso l’AIDS. L’eterozigosi è sempre stata associata a una migliore risposta virale al trattamento antiretrovirale. Sebbene la variante Delta 32 possa essere vantaggiosa per l’ospite nel caso dell’HIV e delle infezioni correlate, può essere svantaggiosa in altre come l’encefalite da zecche e il virus del Nilo occidentale6,7. Questo perché CCR5 interagisce con diverse classi di agenti patogeni con diversi meccanismi a causa della complessità della risposta del sistema immunitario all’infezione. La ricerca ha ipotizzato che la variante influenzi il processo infiammatorio post-infezione, che può danneggiare i tessuti portando a ulteriore patologia e aumentando la letalità dell’infezione, anche se attualmente esiste molto dibattito intorno a questa ipotesi.
CRISPR umano: Nel novembre 2018, He Jiankui ha annunciato di aver modificato diversi embrioni umani usando CRISPR-Cas9. Gli embrioni sono stati creati durante un esperimento clinico in cui la mamma era HIV-1 negativa, ma il padre HIV-1 positivo. Ha affermato che l’obiettivo dell’esperimento era di alterare CCR5 usando la tecnologia CRISPR-Cas9 per rendere la prole meno suscettibile all’infezione da HIV-1, imitando la variante Delta 32. Questi embrioni hanno prodotto una gravidanza che ha portato alla nascita di due gemelle, Lulu e Nana. Il processo non ha prodotto mutazioni identiche alla variante delta 32, e nessuna delle due ragazze aveva copie identiche del gene CCR5.
Etica: Il suo esperimento ha modificato il genoma delle bambine e ha provocato mutazioni nelle cellule germinali che possono essere passate a qualsiasi futura prole della ragazza. Questo significa che qualsiasi effetto negativo dell’editing può ora essere trasmesso, propagando mutazioni non identiche alla variante CCR5-D32 presente in natura. Queste varianti possono non aver avuto successo nel rendere CCR5 non funzionale o possono provocare effetti collaterali imprevisti. È già stato dimostrato che gli individui con la variante CCR5-D32 sono più suscettibili a certi tipi di infezioni e hanno di conseguenza una risposta immunitaria secondaria più estrema. Lulu e Nana possono avere o meno questi effetti, e possono avere ulteriori effetti collaterali come risultato dell’editing.
Ordinazione di modelli 3D
modello da 5 x 2,8 x 2 pollici
modello da 1 x 0,6 x 0,4 pollici
1. Lee B, Sharron M, Blanpain C, DoranzBJ, Vakili J, Setoh P, Berg E, Liu G, Guy HR, Durell SR, Parmentier M, ChangCN, Price K, Tsang M, Doms RW. La mappatura dell’epitopo di CCR5 rivela stati multipleconformazionali e strutture distinte ma sovrapposte coinvolte nella funzione delle chemiochine e dei corecettori. J Biol Chem. 1999 Apr 2;274(14):9617-9626.PMID: 10092648
2. Oppermann M. Chemokinereceptor CCR5: intuizioni nella struttura, funzione e regolazione. Cell Signal.2004 Nov;16(11):1201-1210. PMID: 15337520
3. Hütter G, Nowak D, Mossner M,Ganepola S, Müssig A, Allers K, Schneider T, Hofmann J, Kücherer C, Blau O, Blau IW, Hofmann WK, Thiel E. Controllo a lungo termine dell’HIV mediante trapianto di cellule staminali CCR5 Delta32/Delta32. N Engl J Med. 2009 Feb 12;360(7):692-698. PMID:19213682
4. Huang Y, Paxton WA, WolinskySM, Neumann AU, Zhang L, He T, Kang S, Ceradini D, Jin Z, Yazdanbakhsh K, Kunstman K, Erickson D, Dragon E, Landau NR, Phair J, Ho DD, Koup RA. Il ruolo di un allele CCR5 mutante nella trasmissione dell’HIV-1 e nella progressione della malattia. Nat Med.1996 Nov;2(11):1240-1243. PMID: 8898752
5. He J, Chen Y, Farzan M, ChoeH, Ohagen A, Gartner S, Busciglio J, Yang X, Hofmann W, Newman W, Mackay CR, Sodroski J, Gabuzda D. CCR3 and CCR5 are co-receptors for HIV-1 infection ofmicroglia. Nature. 1997 Feb 13;385(6617):645-649. PMID: 9024664
6. Glass WG, McDermott DH, LimJK, Lekhong S, Yu SF, Frank WA, Pape J, Cheshier RC, Murphy PM. CCR5 deficiencyincreases rischio di infezione sintomatica West Nile virus. J Exp Med. 2006 Jan23;203(1):35-40. PMCID: PMC2118086
7. Vetro WG, Lim JK, Cholera R, Pletnev AG, Gao J-L, Murphy PM. Chemokine receptor CCR5 promuove leucocitrafficking al cervello e la sopravvivenza in infezione da virus del Nilo occidentale. J Exp Med.2005 Oct 17;202(8):1087-1098. PMCID: PMC2213214