Recettori attivati dai proliferatori perossisomiali (PPAR)

Recettori attivati dai proliferatori perossisomiali PPAR)

I PPAR sono fattori di trascrizione attivati da ligandi, appartenenti alla superfamiglia dei recettori nucleari. Questi recettori sono stati identificati nel

negli epatociti dei roditori e il nome deriva dalla loro capacità di indurre la proliferazione del perossisoma (Kota et al., 2004). Oltre al ruolo nella regolazione del metabolismo glucidico e lipidico, recentemente è stato evidenziato il loro coinvolgimento anche nella regolazione di altri processi patologici importanti quali, ad esempio, l'infiammazione (Belvisi et., al 2006). Sono note tre isoforme derivanti da tre geni diversi: PPAR-α, PPAR-δ/β e PPAR-γ codificate rispettivamente dai geni NR1C1, NR1C2 e NR1C3. Tutte le isoforme presentano caratteristiche simili sia dal punto di vista strutturale che funzionale (Kota et al.,

2004), ma si distinguono principalmente per diversa distribuzione tissutale. Infatti, il PPAR-α è maggiormente espresso nei tessuti ad alto catabolismo di acidi grassi quali fegato, cuore, rene e muscolo; PPAR-γ invece, è espresso nel tessuto adiposo e nel polmone (Fogli et al., 2010) mentre PPAR-δ/β è espresso in diversi tessuti ed il suo ruolo specifico non è stato ancora chiarito (Trifilieff et al., 2003). Questi recettori, una volta attivati, possono legarsi ad una sequenza specifica nella regione promoter di geni-bersaglio regolandone la trascrizione oppure, possono interagire direttamente con fattori di trascrizione inibendoli (Belvisi et al., 2006).

Caratteristiche strutturali e meccanismi biologici dei PPAR Il recettore PPAR presenta quattro domini funzionali chiamati A/B, C, D, e E/F (Figura 9).

Fig. . Rappresentazione schematica dei domini funzionali dei PPAR.

Il dominio A/B si trova nella regione N-terminale e presenta una regione AF-1che è responsabile dell'attivazione del recettore, indipendentemente dalla presenza del ligando. Il dominio C è il dominio di legame al DNA; il D serve per il legame del recettore con eventuali cofattori ed il dominio E/F è, infine, responsabile dell'attivazione del recettore da parte del ligando e contiene la regione AF-2 che serve per reclutare cofattori per promuovere la trascrizione genica. In particolare, nel dominio C di legame al DNA, è presente una sequenza nucleotidica definita peroxisome proliferation response elements (PPRE), localizzata all'interno della regione promoter dei geni bersaglio. I PPRE presentano la ripetizione di un elemento (DR)-1 costituito da una sequenza di due esanucleotidi (AGGTCA) separati da un singolo nucleotide spaziatore. Prima di legarsi a questa PPRE, il recettore PPAR si associa all'RXR (recettore retinoico X), membro della superfamiglia dei recettori ormonali nucleari attivati dal legame con l'acido 9-cis- retinoico, per formare un eterodimero che può attivare o reprimere la trascrizione genica a seconda della sua interazione con diversi coattivatori o corepressori (Kota et al., 2004; Sher et al., 2005).

Come per i PPAR, ci sono 3 diverse isoforme di RXR, chiamate RXRα, RXRβ, RXRγ, che sono tutte attivate dal ligando endogeno, l'acido 9-cis retinoico (Moraes et al., 2006). L'isoforma γ è quella meglio conosciuta e si è visto che l'eterodimero PPAR- γ/RXR inattivo è localizzato nel citoplasma ed è fortemente legato a dei corepressori che gli impediscono il legame al DNA. In seguito al legame con il ligando, l'eterodimero si attiva ed il corepressore si stacca; in questo modo il complesso PPARγ/RXR è libero di entrare nel nucleo e di interagire a livello del PPRE nella regione promoter del gene bersaglio, provocando l'attivazione o la repressione del gene (Belvisi et al., 2006; Sher et al., 2005). L'interazione trascrizionale dell'eterodimero con l'elemento risposta nella regione del promotore richiede il reclutamento di proteine co-attivatrici (Figura 10).

Fig. . Meccanismo di trascrizione genica del PPAR.

E' stato riscontrato che PPAR-γ può esercitare la sua funzione di regolatore della trascrizione genica senza interagire direttamente con il DNA; infatti, l'eterodimero PPAR-γ/RXR si lega ai fattori di trascrizione impedendogli di indurre la trascrizione di geni bersaglio. Questo meccanismo è stato dimostrato per le proteine appartenenti alla famiglia NF-κB e per diversi membri della famiglia delle MAPK (Belvisi et al., 2006).

PPAR-γ

PPAR- γ è maggiormente espresso nel tessuto adiposo. Una volta attivato, questo recettore svolge un ruolo in molti processi biologici quali il differenziamento degli adipociti, il metabolismo lipidico e l'omeostasi glucidica (Kota et al., 2004). Negli ultimi anni gli è stata inoltre attribuita un'ampia partecipazione in molti aspetti dell'infiammazione (Belvisi et al., 2006).

La formazione di adipociti è un processo di differenziamento di cellule precursori dette pre-adipociti che diventano capaci di accumulare gocciole lipidiche al quale contribuiscono i PPAR-γ. L'attivazione dei PPAR-γ, inoltre, induce apoptosi negli adipociti maturi promuovendo indirettamente la stimolazione del differenziamento di altri pre-adipociti (Kota et al., 2004).

La  resistenza insulinica è un fenomeno complesso che non dipende solo dal diabete; infatti, la sensibilità all'insulina la si può perdere anche con la gravidanza e l'obesità (Robbins et al., 1997). In vari studi si è visto che i PPAR-γ riducono la resistenza all'insulina, agendo sul TNF-α, uno dei fattori responsabili dell'insulino-resistenza negli adipociti. Gli agonisti PPAR stimolano l'espressione della proteina trasportatrice del glucosio (GLUT4) necessaria per la sua captazione negli adipociti. (Kota et al., 2004).

Ruolo dei PPAR-γ nell'infiammazione

L'infiammazione è un processo importante in molte malattie respiratorie e prevede il rilascio di citochine e di radicali liberi dell'ossigeno da parte di cellule infiammatorie attivate quali neutrofili, eosinofili, monociti e macrofagi. L'attività dei PPAR-γ agonisti si realizza inibendo l'espressione di molti geni pro- infiammatori, e con la liberazione di citochine e di agenti chemiotattici. (Belvisi et al., 2006).

I PPAR sono attivati da ligandi endogeni, in particolare acidi grassi e derivati delle prostaglandine quali la 15-deoxy-12-14PGJ2 (15d-PGJ2) (Kota et al., 2004), e da ligandi esogeni appartenenti alla famiglia dei tiazolidindioni quali, ad esempio, il rosiglitazone (Tesse et al., 2008).

Il sottotipo γ è quello maggiormente coinvolto nel processo infiammatorio; infatti, esso è espresso in cellule del sistema immunitario quali monociti/macrofagi, cellule B e T e cellule dendritiche (Belvisi et al., 2006). E' stato dimostrato che, agonisti dei PPAR-γ inibiscono il rilascio di mediatori pro-infiammatori da parte dei monociti (Jiang et al., 1998) e da cellule dell'epitelio sia alveolare che bronchiale (Wang et al., 2001). Inoltre essi inibiscono la proliferazione delle cellule muscolari lisce vascolari e inducono apoptosi nelle cellule endoteliali e nei macrofagi (Belvisi et al., 2006).

Sono stati effettuati numerosi studi su cellule epiteliali respiratorie che sostengono il ruolo anti-infiammatorio dei PPAR-γ. Ad esempio, uno studio effettuato su cellule A549 dimostra che l'attivazione di questi recettori da parte di agonisti quali 15dPGJ2 e ciglitazone porta ad una diminuzione dose-dipendente dell'espressione di citochine indotta da IL-4 (Wang et al., 2001), suggerendo un potenziale impiego nel trattamento di malattie respiratorie quali l'asma, la malattia polmonare cronica ostruttiva, la sindrome da distress respiratorio e la fibrosi polmonare (Belvisi et al 2006).

Gli agonisti PPAR-γ hanno anche dimostrato di possedere anche effetti anti- aterosclerotici in diversi modelli animali (Kota et al., 2004). L'aterosclerosi è una patologia caratterizzata da un ispessimento della tonaca intima delle arterie dovuta all'accumulo di cellule schiumose (Singh et al., 2005). L'attivazione dei PPAR-γ ostacola la formazione di cellule schiumose regolando l'espressione di geni sia dei trasportatori che mediano il flusso di colesterolo sia di quelli che codificano per i recettori scavenger CD36 dei macrofagi (Tesse et al., 2008).

I tiazolidindioni inibiscono l'espressione delle molecole di adesione delle cellule vascolari (VCAM-1) e delle molecole di adesione intercellulare (ICAM-1) provocando la riduzione dell'accumulo di monociti nella tonaca intima delle arterie (Kota et al., 2004). L'attivazione dei PPAR-γ blocca la sovrapproduzione di NO, l'espressione di IL-6 e TNF (tumor necrosis factor) e l'induzione di COX-

e iNOS attraverso la repressione dell'attivazione sia di ΝFκΒ che di AP1 (activator protein-1). Questi dati suggeriscono un ruolo protettivo degli agonisti PPAR-γ nelle malattie cardiovascolari per le loro proprietà anti-infiammatorie (Tesse et al., 2008).

I PPAR- γ sono espressi anche nei macrofagi alveolari umani, dove inibiscono la produzione di citochine, aumentano l'espressione del CD36 e migliorano la fagocitosi di neutrofili apoptotici da parte di queste cellule, tutti eventi necessari alla risoluzione dell'infiammazione (Belvisi et al., 2006). L'attività anti- infiammatoria degli agonisti PPAR è da attribuire ad una inibizione del fattore nucleare di trascrizione ΝFκΒ e alla capacità dei recettori attivati di agire direttamente a livello del DNA. Recentemente sono stati dimostrati anche effetti non genomici dei recettori PPAR legati, ad esempio, all'inibizione delle modificazioni del calcio intracellulare indotte da fMLP in cellule mononucleate umane (Singh et al., 2005). Nel loro insieme i dati della letteratura scientifica indicano che gli agonisti PPAR rappresentano bersagli interessanti per l'identificazione di nuove strategie terapeutiche nelle malattie infiammatorie croniche (Belvisi et al., 2006).