Il meccanismo molecolare dell’efficacia della Talidomide nei pazienti affetti da COVID-19 spiegato: ACE2 è un nuovo gene target di ΔNp63α.

In 2019 the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) emerged in China and rapidly spread worldwide causing almost 6 million deaths by February 2022. In March 2020, COVID-19 was declared a pandemic by the World Health Organization (WHO). COVID-19 is caused by the Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) which passed from its animal reservoir to humans, probably with bats as intermediate host. SARS-CoV-2 is internalized in human cells upon binding of the viral Spike (S) protein to the Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2). The global emergency led researchers to identify novel approaches to counteract the pandemic. The lack of vaccines and efficient antiviral drugs led researchers to adopt the repositioning approach of already available drugs, like the immunomodulatory drug Thalidomide (Thal). Thal was withdrawn from the market in 1961 for its teratogenic effects, but it is now employed in the treatment of several conditions thanks to its anti-tumor, anti-inflammatory and immunomodulatory properties. Its teratogenicity has been long studied and the causative mechanism has been identified in the Thal-induced degradation of ΔNp63α, a transcription factor essential in developmental processes like skin, craniofacial and limbs development, and in the transcriptional regulation of pro-inflammatory cytokines and chemokines. In March 2020 Thal treatment showed beneficial effects on COVID-19 patients, fastening the recovery and counteracting the inflammatory condition associated with COVID-19. In the laboratory where I performed my thesis, the beneficial effects exerted by Thal treatment on COVID-19 patients were hypothesised to be mediated by ΔNp63α, with ΔNp63α possibly modulating the expression level of ACE2 receptor and downregulation of several pro-inflammatory cytokines overexpressed in COVID-19 patients. The aim of my thesis was to investigate the possibility that ΔNp63α could regulate ACE2 transcription. The results obtained showed that: - Thal and Len treatment can cause ΔNp63α degradation and parallel protein ACE2 downmodulation - ΔNp63α protein levels reduction results in downregulation of ACE2 protein expression - ΔNp63α protein levels increase results in upregulation of ACE2 protein expression - ΔNp63α binds to a p53/p63 RE in the first intron of the ACE2 gene - Thal reduces the in vitro infection by a pseudo-SARS-CoV-2 virus. Overall, we demonstrated that ACE2 is a new ΔNp63α target gene and postulated that Thal could exert its beneficial effects in COVID-19 patients by inducing ΔNp63α degradation which leads to ACE2 receptor downmodulation, resulting in diminished viral re-entry in the cells of COVID-19 patients and in a mitigated lung inflammation. Further investigations are needed to validate these hypothesis in vivo.

Nel 2019 la Malattia da Coronavirus 2019 (COVID-19) è emersa in Cina e si è rapidamente diffusa in tutto il mondo, causando quasi 6 milioni di decessi entro febbraio 2022. Nel marzo 2020, l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha dichiarato il COVID-19 una pandemia. Il COVID-19 è causato dal Coronavirus della Sindrome Respiratoria Acuta Grave-2 (SARS-CoV-2), che è passato dal suo reservoir animale agli esseri umani, probabilmente con i pipistrelli come ospiti intermedi. Il SARS-CoV-2 viene internalizzato nelle cellule umane grazie al legame della proteina Spike (S) virale con l'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2). L'emergenza globale ha spinto i ricercatori a individuare nuovi approcci per contrastare la pandemia. La mancanza di vaccini e di farmaci antivirali efficaci ha portato all'adozione del riposizionamento di farmaci già disponibili, come la Talidomide (Thal), un farmaco immunomodulatore. La Talidomide è stata ritirata dal mercato nel 1961 a causa dei suoi effetti teratogeni, ma oggi è impiegata nel trattamento di diverse patologie grazie alle sue proprietà antitumorali, antinfiammatorie e immunomodulanti. La sua teratogenicità è stata ampiamente studiata e il meccanismo causativo è stato identificato nella degradazione indotta dalla Talidomide di ΔNp63α, un fattore di trascrizione essenziale per lo sviluppo di processi come la formazione della pelle, del cranio e degli arti, oltre che nella regolazione trascrizionale di citochine e chemochine pro-infiammatorie. Nel marzo 2020, il trattamento con Talidomide ha mostrato effetti benefici nei pazienti affetti da COVID-19, accelerando la guarigione e contrastando l'infiammazione associata alla malattia. Nel laboratorio in cui ho svolto la mia tesi, è stato ipotizzato che gli effetti benefici della Talidomide nei pazienti COVID-19 potessero essere mediati da ΔNp63α, con un possibile coinvolgimento di ΔNp63α nella modulazione dell'espressione del recettore ACE2 e nella riduzione dell'espressione di diverse citochine pro-infiammatorie sovra-espresse nei pazienti COVID-19. L'obiettivo della mia tesi è stato investigare la possibilità che ΔNp63α potesse regolare la trascrizione di ACE2. I risultati ottenuti hanno dimostrato che: -Il trattamento con Talidomide e Lenalidomide può causare la degradazione di ΔNp63α e la conseguente down-regolazione della proteina ACE2. -La riduzione dei livelli proteici di ΔNp63α porta alla down-regolazione dell'espressione della proteina ACE2. -L'aumento dei livelli proteici di ΔNp63α porta all'up-regolazione dell'espressione della proteina ACE2. -ΔNp63α si lega a un elemento di risposta p53/p63 (RE) situato nel primo introne del gene ACE2. -La Talidomide riduce l'infezione in vitro da un virus pseudo-SARS-CoV-2. Nel complesso, abbiamo dimostrato che ACE2 è un nuovo gene target di ΔNp63α e ipotizzato che la Talidomide possa esercitare i suoi effetti benefici nei pazienti COVID-19 inducendo la degradazione di ΔNp63α, con conseguente down-regolazione del recettore ACE2. Questo potrebbe portare a una ridotta capacità del virus di entrare nelle cellule dei pazienti COVID-19 e a una mitigazione dell'infiammazione polmonare. Ulteriori studi saranno necessari per validare questa ipotesi in vivo.