(SLA-Immagine Credit Public Domain).
La SLA o malattia di Lou Gehrig è una malattia progressiva caratterizzata dal deterioramento e dalla morte delle cellule nervose utilizzate per movimenti volontari come camminare, parlare, mangiare e molto altro ancora. È incurabile.
TDP-43 è una proteina che si trova spesso a formare grumi all’interno delle cellule delle persone con SLA o sclerosi laterale amiotrofica. È nota per interrompere la creazione di proteine sane nelle cellule, portando infine alla morte cellulare.
Un team guidato dall’Università dell’Arizona ha scoperto un’importante nuova vittima di TDP-43, potenzialmente assicurando un pezzo importante del puzzle per la ricerca di una nuova cura. Quel target, Dlp, abbreviazione di Dally-like protein, è fondamentale per la funzione dei neuroni sani.
Daniela Zarnescu, Prof.ssa di biologia cellulare e molecolare dell’Università dell’Arizona, è l’autore corrispondente di un nuovo documento che delinea queste nuove scoperte che sono state recentemente pubblicate su Acta Neuropathologica Communications. Il suo laboratorio utilizza i moscerini della frutta, un sostituto sorprendentemente valido degli esseri umani per studiare le malattie neurodegenerative, inclusa la SLA.
Ciò che Zarnescu e il suo team hanno dimostrato è che quando TDP-43 riduce la Dlp nel punto in cui i motoneuroni entrano in contatto con i muscoli, si osservano difetti locomotori, come accade con i pazienti con SLA. Quando il team ha ripristinato la proteina Dlp nei moscerini della frutta, la loro capacità di muoversi è tornata. “Questo ci ha suggerito che questa proteina è un bersaglio che conta nel trattamento della SLA”, ha detto Zarnescu. Il passo successivo di questa ricerca è il ripristino della proteina che corrisponde a Dlp negli esseri umani chiamata GPC6 con la speranza che ripristinarla aumenti la funzione motoria nelle persone con SLA.
Per questa ricerca, Erik Lehmkuhl, laureato in biologia molecolare e cellulare e autore principale dell’articolo, ha condotto un enorme analisi dei dati che ha permesso al team di concentrarsi su Dlp come probabile obiettivo nei moscerini della frutta e GPC6 negli esseri umani. Lehmkuhl ha identificato e confrontato tutte le proteine create all’interno di un neurone sano e tutte le proteine create all’interno di un neurone malato. “Questo è uno dei grandi passi avanti da questa ricerca”, ha detto Zarnescu. “Per la prima volta, abbiamo generato e fatto questa analisi di due grandi set di dati utilizzando un modello animale vivo. Questa analisi ci ha portato a identificare un numero di geni che abbiamo ipotizzato sarebbero stati direttamente disregolati da TDP-43 e potrebbero essere responsabili della neurodegenerazione”.
Ma c’è stata una sorpresa.
“I neuroni sono queste cellule asimmetriche, belle e compartimentate”, ha detto Zarnescu. “Da un lato c’è la sinapsi, dove i segnali vengono espulsi e dall’altro ci sono i dendriti ramificati, dove vengono ricevuti. Oltre alla riduzione della proteina Dlp nella sinapsi neuromuscolare (dove i motoneuroni contattano i muscoli), questa proteina è stata trovata ammassati in gran numero dall’altra parte del neurone. Non sappiamo cosa siano esattamente questi grumi o cosa stiano facendo, quindi sto lavorando a una ìipotesi per chiarirlo”.
Vedi anche:SLA: un composto blocca la neurodegenerazione
Quando lei e il suo team hanno contattato i collaboratori che cercavano l’analogo umano – GCP6 – nel midollo spinale dei pazienti con SLA, sembrava che questa proteina si accumulasse nei neuroni in modo simile ai moscerini della frutta. Il lavoro futuro dei ricercatori mira a convalidare questa osservazione e successivamente, sperano di capire quale difetto porta alla malattia. Gli scienziati ora sanno che la riduzione della sinapsi contribuisce alla disfunzione motoria locale e che può essere risolta ripristinando la proteina GPC6, ma ora, ipotizzano che questo agglomerato possa anche contribuire alla malattia.
Spiegano gli autori:
“La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una malattia neurodegenerativa caratterizzata dalla progressiva perdita della funzione dei motoneuroni, che culmina con la morte per insufficienza respiratoria. Mutazioni in diverse dozzine di geni tra cui SOD1, TDP-43 e C9orf72 sono state implicate nella patogenesi della malattia, tuttavia per> 79% dei pazienti la causa della malattia rimane sconosciuta, suggerendo che i meccanismi ancora da scoprire contribuiscono in modo significativo alla maggior parte dei casi di SLA. A livello cellulare, diversi processi sono stati collegati alla SLA inclusa la risposta neuroinfiammatoria, metabolismo cellulare, processamento dell’RNA, trasporto assonale e omeostasi delle proteine. Un segno distintivo della SLA è la scoperta che> 97% dei motoneuroni del midollo spinale dei pazienti mostra punti citoplasmatici contenenti la proteina di legame dell’RNA TDP-43 (TAR DNA Binding Protein 43). Insieme ai rapporti secondo cui il 2-3% dei pazienti con SLA ospita mutazioni TDP-43, questi risultati suggeriscono un ruolo chiave di TDP-43 nella patogenesi della SLA indipendentemente dall’eziologia. TDP-43 è uno shuttling nucleo-citoplasmatico, proteina legante DNA / RNA che è localizzata prevalentemente nel nucleo dove regola la trascrizione e lo splicing. Nel citoplasma, TDP-43 regola la dinamica dei granuli di stress, così come la localizzazione e traduzione dell’mRNA assonale e dendritico. Nella malattia, TDP-43 è esaurito dal nucleo, causando difetti di splicing, derepressione degli esoni criptici e aumento dell’espressione del retrotrasposone. È stato dimostrato che TDP-43 induce tossicità sia attraverso meccanismi di perdita di funzione nucleare che di guadagno di funzione citoplasmatica. Quando viene localizzato in modo errato nel citoplasma, TDP-43 si associa a una pletora di complessi contenenti RNA tra cui stress e granuli di trasporto, nonché complessi proteici privi di RNA. È stato anche dimostrato che TDP-43 influenza la traduzione di mRNA specifici, sia come regolatore negativo che positivo. Presi insieme questi risultati suggeriscono un ruolo complesso di TDP-43 nella regolazione della traduzione, che è stato collegato alla formazione di punti citoplasmatici TDP-43 nella malattia e alterata espressione della proteina e / o localizzazione dei suoi bersagli mRNA. Qui identifichiamo la proteina Dally-like (Dlp), un proteoglicano eparan solfato di tipo glypican (HSPG) che è stato descritto come un regolatore del segnale mediato dal recettore alato (Wg / Wnt) e dal recettore alfa Liprin (LAR) a livello neuromuscolare junction come bersaglio candidato dell’inibizione della traduzione mediata da TDP-43. Mostriamo che dlp mRNA è arricchito in complessi TDP-43 e sequestrato in aggregati insolubili, coerente con l’ipotesi della ribostasi. Coerentemente con questo, troviamo che la proteina Dlp è significativamente ridotta alla giunzione neuromuscolare mentre i livelli allo stato stazionario di dlp la trascrizione rimane invariata, supportando ulteriormente la possibilità di inibizione della traduzione negli assoni e / o nelle sinapsi. ìInsieme, questi risultati evidenziano percorsi chiave alterati nel translatome del motoneurone nel contesto della proteinopatia TDP-43 e supportano l’idea che l’espressione alterata del glypican Dlp / GPC6 contribuisca alla degenerazione del motoneurone“.
“Comprendere i meccanismi che guidano la SLA è molto importante per lo sviluppo di trattamenti efficaci”, ha detto Lehmkuhl. “Al momento, ci sono pochissimi trattamenti approvati dalla Food and Drug Administration che in realtà estendono la durata della vita solo per un breve periodo. La realtà è che probabilmente ci sono molti meccanismi separati che devono essere identificati e indirizzati per trattare efficacemente i molti diversi tipi di pazienti con SLA, ma questo è solo un inizio”.
