L’esposizione al rame nell’ambiente e la proteina alfa-sinucleina nel cervello umano potrebbero svolgere un ruolo importante nella patogenesi del morbo di Parkinson. Un team dell’Empa e dell’Università di Limerick è stato in grado di mostrare come la proteina si aggrega in una forma insolita se esposta a grandi quantità di ioni rame.
Pubblicati su ACS Chemical Neuroscience, i risultati dello studio potrebbero aiutare a sviluppare nuove strategie per il trattamento delle malattie neurodegenerative.
Le cause del morbo di Parkinson non sono ancora del tutto chiare. Molto prima dell’inizio del tipico tremore muscolare, la comparsa di proteine difettose nel cervello potrebbe essere un primo segno. I ricercatori dell’Empa e dell’Università di Limerick in Irlanda hanno ora esaminato più da vicino la forma anormale di queste alfa-sinucleine sotto forma di anelli proteici. In tal modo, sono stati anche in grado di visualizzare su scala nanometrica il collegamento della condizione con l’inquinamento ambientale dovuto al rame. Lo studio getta nuova luce sullo sviluppo di questa malattia neurodegenerativa e sul ruolo dei biometalli nel processo patologico. Inoltre, i risultati potrebbero fornire opportunità per migliorare la diagnosi precoce della malattia e la terapia.
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Metallo sospetto: il rame
Quello che si sa sulla malattia di Parkinson è che i neuroni nel cervello muoiono, provocando una carenza del neurotrasmettitore dopamina. Nelle fasi successive della malattia, questo porta a tremori muscolari, rigidità muscolare e persino immobilità. Questa malattia a progressione lenta è la seconda malattia neurodegenerativa più comune al mondo dopo il morbo di Alzheimer. Fattori ambientali come pesticidi o metalli potrebbero favorire l’insorgenza del morbo di Parkinson.
Il team guidato dal ricercatore dell’Empa Peter Nirmalraj del laboratorio Transport at Nanoscale Interfaces sta studiando questa ipotesi utilizzando tecniche di imaging e spettroscopia chimica e, in collaborazione con il team di Damien Thompson dell’Università di Limerick, simulazioni al computer. I ricercatori stanno prendendo di mira una proteina coinvolta in diversi processi molecolari nello sviluppo del Parkinson: l’alfa-sinucleina. Negli individui affetti, questa proteina endogena si aggrega e provoca la morte delle cellule nervose. I ricercatori sospettano che il rame in alte concentrazioni interferisca con questi processi e acceleri il processo patologico.
Anelli del male
Per visualizzare l’aggregazione dell’alfa-sinucleina su scala nanometrica, la ricercatrice Empa Silvia Campioni del laboratorio Cellulose & Wood Materials ha prodotto la proteina artificialmente. Usando la microscopia a forza atomica, i ricercatori sono stati quindi in grado di osservare la proteina, che inizialmente era in soluzione, per un periodo di dieci giorni mentre formava singole strutture filamentose insolubili prima di raggrupparsi insieme per formare una fitta rete di fibrille. Sulla base delle immagini, la trasformazione della proteina solubile in fibre agglomerate di circa 1 micrometro di lunghezza, come avviene durante la progressione della malattia, può essere osservata con impressionante precisione in laboratorio.
Quando i ricercatori hanno poi aggiunto ioni di rame alla soluzione proteica, al microscopio sono apparse strutture completamente diverse: strutture proteiche a forma di anello di circa 7 nanometri, i cosiddetti oligomeri, sono apparse nella provetta in poche ore. L’esistenza di tali oligomeri a forma di anello e il loro effetto dannoso per le cellule sono già noti. Inoltre, le strutture più lunghe simili a fibre sono apparse prima rispetto a una soluzione priva di rame.
“Da un lato, alte dosi di rame sembrano accelerare il processo di aggregazione“, afferma Peter Nirmalraj. “Questa insolita struttura proteica a forma di anello si sviluppa in tempi relativamente brevi sotto l’influenza del rame, il che potrebbe segnare l’inizio del processo patologico o addirittura innescarlo”. I ricercatori hanno anche analizzato il legame degli ioni di rame con l’alfa-sinucleina utilizzando simulazioni al computer di dinamica molecolare in piccoli passaggi da 10 a 100 nanosecondi.
Primi test
“Poiché gli anelli oligomerici si formano proprio all’inizio della trasformazione delle proteine, gli anelli potrebbero essere usati come bersaglio per nuove forme di terapia”, spera Nirmalraj. Inoltre, i risultati potrebbero aiutare a far avanzare lo sviluppo di un test per il Parkinson in grado di rilevare la malattia in una fase iniziale nei fluidi corporei, ad esempio utilizzando campioni del liquido spinale.
