Diverse malattie neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e il morbo di Charcot, noto anche come sclerosi laterale amiotrofica (SLA) o morbo di Lou Gehrig, sono causate da proteine che si smarriscono prima di aggregarsi in fibrille che si accumulano in aree cerebrali specifiche. Gli scienziati dell’EPFL hanno scoperto un nuovo meccanismo che spiega come gli aggregati diventino patologici e si diffondano in diverse aree cerebrali. Una proteina altamente instabile chiamata TDP-43 è sospettata di essere la principale responsabile. Gli scienziati hanno scoperto che gli aggregati di TDP-43 che si formano nel cervello non sono implicitamente patogeni finché non vengono trattati per rivelare il loro nucleo "appiccicoso". I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Neuroscience.
L’aggregazione della proteina TDP-43 è una caratteristica fondamentale della SLA e di altre malattie neurodegenerative. Una volta formatisi, gli aggregati di TDP-43 possono diffondersi in diverse aree cerebrali dove alterano la TDP-43 normale e funzionale. Ma cosa scatena l’aggregazione di TDP-43? Quali meccanismi sono responsabili del rilascio dei suoi effetti patogeni? Questa mancanza di conoscenze impedisce lo sviluppo di farmaci efficaci per bloccare l’aggregazione di TDP-43 o neutralizzare le sue proprietà tossiche.
Rilascio degli effetti patogeni di TDP-43 mediante scissione In questo recente studio dell’EPFL, condotto in collaborazione con scienziati dell’Università della Pennsylvania, Senthil T. Kumar e Hilal Lashuel hanno scoperto un nuovo meccanismo responsabile del rilascio degli effetti patogeni degli aggregati TDP-43 preparati in provetta o isolati dal cervello di pazienti post-mortem. Le superfici di questi aggregati TDP-43 devono essere prima scisse da enzimi per rivelare superfici appiccicose nascoste che attraggono le normali proteine TDP-43 e causano la formazione di nuovi aggregati.
"Questa scoperta è stata facilitata dalla nostra capacità di sviluppare un nuovo metodo di produzione di fibrille, in laboratorio, che condividono le caratteristiche morfologiche e strutturali con quelle trovate nel cervello dei pazienti affetti da SLA", afferma Senthil T. Kumar, autore principale dell’articolo.
Utilizzando la crio-microscopia elettronica, in cui i campioni vengono congelati criogenicamente prima di essere osservati al microscopio elettronico, i ricercatori hanno dimostrato che i filamenti di TDP-43 sono sepolti all’interno di un filamento più grande e sono inaccessibili, cioè non ancora patologici, perché coperti dalle parti globulari della proteina. Finché questi filamenti sono sepolti, sono invisibili e non accessibili ad altre molecole o proteine. In altre parole, la TDP-43 diventa patologica quando il suo rivestimento esterno viene scisso per rivelare i suoi filamenti interni "appiccicosi", ma rimane invisibile quando il suo rivestimento esterno è intatto.
"I nostri risultati dimostrano che l’inibizione degli enzimi responsabili della scissione del filamento TDP-43 rappresenta una valida strategia terapeutica per rallentare la formazione degli aggregati TDP-43 e impedirne la diffusione nel cervello, rallentando così la progressione della malattia. In una seconda fase, intendiamo identificare questi enzimi e determinare se l’inibizione della loro attività possa prevenire l’aggregazione di TDP-43 e la neurodegenerazione in modelli cellulari e animali di SLA", spiega Hilal Lashuel, professore all’EPFL e responsabile del laboratorio che ha condotto lo studio.
Questi recenti risultati hanno anche implicazioni per lo sviluppo di nuovi strumenti e metodi per la diagnosi precoce della SLA e di altre malattie neurodegenerative. Lo strato globulare protettivo può spiegare perché le fibrille di TDP-43 sono così difficili da individuare. I metodi e i coloranti standard comunemente usati per rilevare e monitorare la formazione di fibrille da parte di altre proteine sospette nel cervello spesso non riescono a individuare le fibrille di TDP-43. "Questo spiega anche perché è stato molto difficile sviluppare agenti di imaging che utilizzassero fibrille di TDP-43 intatte. Questi agenti di imaging sono essenziali per la diagnosi precoce, il monitoraggio della progressione della malattia e la valutazione dell’efficacia di nuove terapie", continua Senthil T. Kumar.
Importanza dello studio della proteina completa La TDP-43 è una proteina altamente instabile che si aggrega rapidamente in strutture diverse, rendendo difficile la produzione riproducibile di aggregati di TDP-43 che assomiglino a patologie. Molti scienziati sono stati quindi costretti a lavorare con piccoli frammenti della proteina, in particolare con frammenti della regione responsabile della sua aggregazione. "Quando abbiamo determinato la struttura del frammento di proteina che costituisce il nucleo delle fibrille di TDP-43 preparate in laboratorio, abbiamo ottenuto una struttura diversa da quella delle fibrille di TDP-43 isolate dal cervello dei pazienti, sebbene la sequenza aminoacidica di questi frammenti sia praticamente identica", sottolinea Senthil T. Kumar.
"I nostri risultati dimostrano che le sequenze proteiche che circondano questa regione a rischio di aggregazione svolgono un ruolo importante nel determinare la struttura finale e che per riprodurre le proprietà degli aggregati di TDP-43 nel cervello è necessario lavorare con la proteina completa", afferma Hilal Lashuel. "Questo è essenziale affinché i farmaci, gli anticorpi e gli agenti di imaging che sviluppiamo in laboratorio abbiano maggiori possibilità di raggiungere gli aggregati TDP-43 rilevanti per la malattia nel cervello dei pazienti".
I ricercatori hanno dimostrato di poter produrre fibrille di TDP-43 con la stessa sequenza del nucleo delle fibrille provenienti dal cervello dei pazienti. "Ma dobbiamo ancora determinare se il nucleo della fibrilla smascherata ha la stessa struttura", spiega Hilal Lashuel. "Se ci riusciremo, avremo l’unico sistema in grado di produrre la vera patologia in provetta. Ciò avrà importanti implicazioni per la comprensione dell’influenza delle mutazioni e delle modifiche proteiche legate alla malattia sull’aggregazione di TDP-43 e faciliterà lo sviluppo di nuovi farmaci che blocchino l’aggregazione di TDP-43, ne neutralizzino la patogenicità o si leghino agli aggregati di TDP-43 per facilitarne l’individuazione nel cervello".
