Malattie muscolari- Immagine Credit Public Domain.
Gli scienziati hanno scoperto come le mutazioni nel quinto segmento del canale del recettore della rianodina alterano i meccanismi di controllo e influenzano i disturbi muscolari
I ricercatori giapponesi hanno scoperto il duplice ruolo del quinto segmento transmembrana (S5) nel canale del recettore della rianodina di tipo 1 (RyR1), cruciale per la funzione muscolare. Hanno scoperto che le mutazioni in S5 contribuiscono a malattie muscolari estremamente diverse come l’ipertermia maligna (MH) e la malattia del core centrale (CCD), potenziando o compromettendo l’attività del canale. Queste scoperte offrono nuove intuizioni per lo sviluppo di nuovi farmaci per terapie mirate e diagnosi migliorate per questi gravi disturbi muscolari.
Decodifica del ruolo di S5, il quinto segmento transmembrana nel canale del recettore della rianodina di tipo 1 (RyR1)
Didascalia dell’immagine : Le mutazioni S5 interrompono la funzione del canale RyR1, influenzando sia l’attività del canale che i meccanismi di gating. Ciò influisce sul rilascio di calcio e influenza le contrazioni muscolari, portando a gravi malattie muscolari come l’ipertermia maligna e la malattia del core centrale. Credito immagine : Professore associato Takashi Murayama della Juntendo University, Giappone e Professore associato Haruo Ogawa della Kyoto University, Giappone
Il recettore della rianodina di tipo 1 (RyR1) è un importante canale di rilascio del calcio nei muscoli scheletrici, essenziale per la contrazione muscolare. Media il rilascio del calcio dal reticolo sarcoplasmatico, un organello di accumulo di calcio nelle cellule muscolari, un processo vitale per la funzione muscolare. Le mutazioni nel gene RyR1 possono influenzare la funzione del canale in modi estremamente contrastanti, portando a gravi malattie muscolari come l’ipertermia maligna (MH) e la malattia del nucleo centrale (CCD). L’MH è una malattia ereditaria che causa febbre alta e contratture muscolari in risposta agli anestetici inalatori nei pazienti con varianti RyR1 con guadagno di funzione. La CCD è una delle miopatie ereditarie che porta a debolezza muscolare e miopatia dovute a varianti RyR1 con perdita di funzione. Questi effetti sottolineano il ruolo critico di RyR1 e il funzionamento ottimale dei canali del calcio per la salute muscolare.
Mentre la ricerca recente si è concentrata sulla grande regione citoplasmatica di RyR1, dove si trovano molte mutazioni associate alla malattia, il ruolo specifico del quinto segmento transmembrana (S5) nel gating del canale e nella patogenesi delle malattie muscolari non era ben compreso. Fortunatamente, in un nuovo studio pionieristico pubblicato il 18 settembre 2024, in Communications Biology , i ricercatori giapponesi hanno affrontato questa lacuna di conoscenza indagando in che modo le mutazioni nel segmento S5 di RyR1 contribuiscono a MH e CCD.
Il team di ricerca composto dal Professore associato Takashi Murayama con il Professore associato Nagomi Kurebayashi della Juntendo University e il Professore associato Haruo Ogawa con lo studente laureato Yuya Otori della Kyoto University, si è prefissato di svelare in che modo le mutazioni S5 portano a disturbi muscolari. ” Il segmento S5 è fondamentale per la formazione dei pori nel canale RyR1. Tuttavia, abbiamo trovato numerose mutazioni associate alla malattia in S5 riportate in letteratura, che ci hanno motivato a studiare il ruolo del segmento S5 nella regolazione del canale RyR1 “, spiega il Prof. associato Takashi Murayama.
I ricercatori hanno utilizzato cellule HEK293 (una linea cellulare renale embrionale umana comunemente utilizzata) progettate per esprimere proteine RyR1 con mutazioni specifiche. Hanno misurato il rilascio di calcio indotto dalla caffeina per valutare gli effetti delle mutazioni sulla dinamica del rilascio di calcio. Inoltre, hanno monitorato i livelli di calcio citoplasmatico e del reticolo endoplasmatico (ER) a riposo utilizzando rispettivamente Fluo-4 AM (indicatore di calcio fluorescente verde) e R-CEPIA1er (un indicatore di calcio codificato geneticamente). Sono stati eseguiti test di legame della [ 3 H]Ryanodina per valutare l’affinità di legame e l’attività dei canali RyR1. Inoltre, è stata utilizzata la piattaforma di rilascio di calcio indotto dalla depolarizzazione (DICR) per valutare il rilascio di calcio nel canale RyR1.
Lo studio si è concentrato sulle mutazioni nelle regioni S5 e S5-S6 di RyR1, identificando tre mutazioni collegate a MH e otto associate a CCD. Per i mutanti MH, hanno osservato una maggiore sensibilità alla caffeina, livelli elevati di calcio citoplasmatico a riposo e livelli ridotti di calcio ER. I test di legame alla rianodina e DICR hanno confermato un’attività del canale migliorata. Al contrario, i mutanti CCD hanno mostrato un fenotipo di perdita di funzione, caratterizzato da ridotta sensibilità alla caffeina, rilascio minimo di calcio, legame alla rianodina soppresso e DICR ridotto. In particolare, alcuni mutanti CCD non hanno mostrato alcuna attività del canale rilevabile nonostante l’espressione confermata, indicando una funzione del canale gravemente compromessa. La struttura del canale RyR1 e le mutazioni menzionate possono essere visualizzate in un video creato dagli autori su YouTube.
Successivamente, i risultati sono stati interpretati rispetto alle strutture RyR1. I ricercatori hanno identificato diverse potenziali interazioni tra i residui responsabili delle mutazioni associate alla malattia e gli altri segmenti transmembrana. In particolare, l’importanza di queste interazioni è stata convalidata mutando i partner di interazione. Evidenziando i risultati della loro ricerca, il Prof. Associato Haruo Ogawa menziona, ” Abbiamo scoperto un nuovo meccanismo di regolazione del RyR1, in cui il segmento S5 svolge un duplice ruolo nel gating del canale e abbiamo chiarito i meccanismi molecolari delle alterazioni del canale da parte di mutazioni associate alla malattia “.
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Questo studio chiarisce come le mutazioni in S5 influenzino la funzione del canale, migliorando così la comprensione della segnalazione del calcio nella fisiologia muscolare. Spiegando le potenziali implicazioni della loro attuale ricerca, i professori associati Murayama e Ogawa condividono: ” I risultati della nostra ricerca forniscono nuove intuizioni per lo sviluppo di nuovi farmaci per curare le malattie muscolari causate dalle mutazioni RyR1 ” .
“Ci auguriamo vivamente che questo studio apra la strada a una rivoluzione nella gestione dei disturbi muscolari gravi“, dicono gli autori.
Fonte:Juntendo University
