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Bassi livelli di arginina potrebbero consentire alle cellule tumorali e ai virus di eludere il sistema immunitario, riducendo la produzione di una proteina di allarme cellulare cruciale. Nei topi, diete ricche di arginina hanno portato a un minor numero di tumori al colon e a infezioni virali più lievi, suggerendo che un semplice integratore potrebbe avere un notevole potenziale terapeutico. Immagine Crediti: AI/TheSolver.It
L’arginina è un amminoacido che supporta numerose funzioni essenziali in tutto l’organismo. Aiuta le cellule a costruire proteine che svolgono un’ampia gamma di processi biologici. Il corpo produce naturalmente arginina e la si assume anche attraverso molti alimenti ricchi di proteine. Livelli anormalmente bassi di arginina sono stati collegati a diverse malattie, tra cui il cancro al colon.
Sohail Tavazoie, a capo del Laboratorio di Biologia del Cancro Sistemico Elizabeth e Vincent Meyer della Rockefeller University, ha dedicato anni allo studio di questa connessione. Nel 2023, il suo team ha riportato che privare le cellule del cancro al colon dell’arginina ne causava l’accumulo di un maggior numero di mutazioni.
Le loro ricerche più recenti dimostrano che la carenza di arginina può anche indebolire il sistema immunitario. Quando l’arginina scarseggia, le cellule faticano a produrre MHC-I, una proteina che aiuta ad allertare il sistema immunitario in caso di minacce come cellule mutate e virus invasori.
L’arginina potrebbe ripristinare un segnale immunitario chiave
I ricercatori hanno anche scoperto che una quantità moderata di arginina, all’incirca equivalente alla quantità contenuta in un paio di compresse da banco, potrebbe potenzialmente ripristinare l’espressione dei geni coinvolti nella produzione di MHC-I. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Cell .
“Il nostro lavoro rivela come la carenza di arginina interferisca con il sistema immunitario e suggerisce che aumentare l’assunzione di arginina potrebbe rivelarsi benefico”, afferma il primo autore Qiushuang Wu, ricercatore post-dottorato presso il laboratorio. “Forse ciò significa che potrebbe essere utilizzata in combinazione con altre terapie per trattare sia il cancro che le infezioni virali.”
“L’integrazione di arginina potrebbe essere facilmente testata su pazienti sottoposti a immunoterapie o somministrata a popolazioni ad alto rischio esposte a patogeni virali”, suggerisce Tavazoie. “Considerato che l’arginina è economica e facilmente reperibile, speriamo che studi terapeutici e preventivi possano essere intrapresi presto.”
Come i codoni guidano la produzione di proteine
Gli amminoacidi sono comunemente descritti come i mattoni delle proteine. La loro produzione è diretta dai codoni, gruppi di tre basi del DNA che forniscono le istruzioni cellulari per la sintesi dei singoli amminoacidi. Sei diversi codoni codificano per l’arginina, evidenziando la sua grande importanza nella produzione di proteine.
Gli scienziati sanno già che le variazioni nella disponibilità di aminoacidi possono influenzare il metabolismo e la segnalazione cellulare. Molto meno si sa, invece, se tali variazioni possano influenzare direttamente l’espressione genica.
Per il nuovo studio, Wu ha esaminato se le variazioni dei livelli di arginina causate dalla dieta o da malattie potessero alterare l’espressione genica. La ricerca è stata in parte finanziata dallo Stavros Niarchos Foundation (SNF) Institute for Global Infectious Disease Research presso la Rockefeller University e dal Weill Cancer East Hub.
I ricercatori hanno studiato diversi modelli di malattia, tra cui il cancro al colon, l’influenza e il SARS-CoV-2. Ciascuna di queste patologie è stata precedentemente associata a livelli anomali di diversi amminoacidi.
“Uno dei dati più eclatanti emersi è stato che l’arginina era l’amminoacido più carente in tutte queste malattie”, afferma.
Bassi livelli di arginina compromettono il riconoscimento immunitario
Wu ha utilizzato colture cellulari per identificare geni e proteine influenzati dalla diminuzione dei livelli di arginina. Ha scoperto che 414 proteine erano presenti a livelli insolitamente bassi. La maggior parte di esse era prodotta da geni collegati alle note funzioni molecolari dell’arginina.
Un risultato più inatteso ha coinvolto tre geni HLA responsabili della produzione delle proteine MHC-I (complesso maggiore di istocompatibilità di classe I). Le proteine MHC-I sono presenti sulla superficie delle cellule in tutto il corpo. Esse mostrano proteine estranee o anomale alle cellule T, che a loro volta reclutano altre cellule immunitarie per rispondere alla minaccia.
La proteina MHC-1 contiene numerosi siti in cui l’arginina deve essere incorporata durante la produzione, quindi i ricercatori sospettavano che la carenza di arginina stesse interferendo con il processo. Ulteriori esperimenti hanno rivelato esattamente dove si verificava l’interruzione della produzione.
Quando le cellule venivano private di arginina, i ribosomi, le macchine cellulari che assemblano le proteine, si bloccavano nel tentativo di produrre MHC-I. Senza una quantità sufficiente di arginina, non potevano completare la proteina. Di conseguenza, le cellule mostravano meno segnali in grado di allertare le cellule T sulla presenza di proteine tumorali o virali. Ciò permetteva a cellule potenzialmente pericolose di sfuggire più facilmente al rilevamento da parte del sistema immunitario.
“Questi risultati sono entusiasmanti perché rivelano che il consumo di uno specifico amminoacido può regolare direttamente l’espressione genica in un organismo, aumentando la produzione di una proteina arricchita in quell’amminoacido”, afferma Tavazoie. “Riteniamo che tale regolazione selettiva dell’espressione genica attraverso la manipolazione della dieta si estenda probabilmente a molte altre proteine e amminoacidi.”
Meno tumori al colon nei topi
Wu ha poi testato come diverse quantità di arginina nella dieta influenzassero i topi. Gli animali alimentati con una dieta povera di arginina hanno sviluppato più tumori al colon. I topi che hanno ricevuto più arginina hanno sviluppato meno tumori al colon.
Lavorando con Heinz-Heinrich Hoffman, assistente professore di ricerca presso il Laboratorio di Virologia e Malattie Infettive di Charles Rice, Wu ha ripetuto gli studi dietetici utilizzando modelli murini di influenza e SARS-CoV-2. I risultati hanno seguito un andamento simile e hanno prodotto un’altra scoperta sorprendente.
“Non solo i topi con una dieta ricca di arginina presentavano sintomi più lievi a seguito di infezioni virali, ma la somministrazione di arginina dopo l’infezione influenzale ha migliorato anche i risultati”, osserva Wu. “È stato davvero sorprendente. Dai nostri modelli genetici sapevamo che la manipolazione dei livelli di arginina aveva un forte effetto sull’espressione genica, ma non ci aspettavamo che la manipolazione dietetica avesse un impatto altrettanto significativo.”
Possibili implicazioni per l’invecchiamento e le malattie
I risultati suggeriscono che la diminuzione dei livelli di arginina potrebbe contribuire a spiegare perché una cattiva alimentazione e l’invecchiamento siano associati a una maggiore vulnerabilità a determinati tumori e infezioni virali. I livelli di arginina diminuiscono naturalmente con l’età, indebolendo potenzialmente la capacità del sistema immunitario di riconoscere le cellule anomale o infette.
“Le scoperte di Qiushuang chiariscono come una dieta scorretta e l’invecchiamento, durante i quali i livelli di arginina diminuiscono naturalmente, possano creare le condizioni ideali per l’insorgenza del cancro al colon. Allo stesso modo, la perdita di arginina legata all’età potrebbe contribuire in parte alla maggiore mortalità causata dai virus respiratori”, afferma Tavazoie. “Stiamo anche studiando se apportare modifiche alla dieta relative ad altri amminoacidi abbia effetti benefici in diversi contesti patologici. Senza dubbio, ci saranno altre scoperte in futuro.”
Punti salienti
• La restrizione di arginina riduce i tRNA di arginina, reprimendo la traduzione dipendente dai codoni.
• I ribosomi si bloccano in corrispondenza di specifici codoni dell’arginina nelle trascrizioni del MHC di classe I.
• Un elevato apporto di arginina con la dieta stimola la traduzione del MHC di classe I e sopprime la tumorigenesi del colon-retto.
• Un elevato apporto di arginina con la dieta rafforza l’immunità contro l’influenza e il SARS-CoV-2.
Riepilogo
I livelli di aminoacidi fluttuano in diverse condizioni patologiche. Non è ancora chiaro se tali modulazioni degli aminoacidi influenzino direttamente la fisiopatologia regolando l’espressione genica dell’ospite. Abbiamo scoperto che la restrizione di arginina extracellulare, osservata nel cancro e nelle infezioni, reprime specifici tRNA dell’arginina, sopprimendo direttamente la traduzione del complesso maggiore di istocompatibilità I (MHC di classe I) e la presentazione dell’antigene. La regolazione dell’MHC di classe I da parte dell’arginina era dipendente dall’uso dei codoni, poiché le mutazioni dei codoni sinonimi impedivano la modulazione dell’MHC di classe I. La restrizione dietetica di arginina ha compromesso l’immunità antivirale contro l’influenza e il SARS-CoV-2 e ha aumentato la tumorigenesi del colon. Al contrario, l’aumento della disponibilità di arginina tramite integrazione alimentare o delezione dell’arginasi 1 specifica per le cellule mieloidi ha aumentato i livelli proteici dell’MHC di classe I, ha soppresso la tumorigenesi del colon e ha migliorato l’esito delle infezioni virali. Questi effetti di modulazione della malattia sono stati aboliti nei topi con deficit di β2-microglobulina (B2m). Pertanto, la modulazione dietetica di un singolo amminoacido influenza in modo critico la traduzione con bias di codone e l’immunità mediata dal MHC di classe I contro le infezioni virali respiratorie e il cancro, rivelando un meccanismo inatteso e un rischio di malattia per la carenza di arginina e mettendo in evidenza il potenziale per una terapia di modulazione della traduzione basata sugli amminoacidi.
Abstract grafico
Immagine Tradotta in Italiano Credito: TheSolver.it
Approfondimenti
Materiale fornito dalla Rockefeller University . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Qiushuang Wu, Lara M. Seydlitz, Vladislav Iakimov, Dennis J. Hsu, Parham Habibzadeh, H. Heinrich Hoffmann, Philip B. Paty, Charles M. Rice, Sohail F. Tavazoie. Dietary arginine drives codon-dependent MHC class I translation and improves immunity in colon tumorigenesis and respiratory viral infection. Cell, 2026; DOI: 10.1016/j.cell.2026.07.020
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