Immagine: i neuroni trattati con proteine associate al morbo di Alzheimer mostrano un aumento drastico di calcio (blu, verde, giallo, rosso al bianco) e le cellule formano strutture in rilievo con tau (mostrate con frecce) identiche ai neuroni oosservati nei pazienti di Alzheimer. Credito: Cohen Lab, UNC School of Medicine.
Nel cervello delle persone affette da malattia di Alzheimer, ci sono depositi anomali di proteine beta-amiloide e proteine tau e sciami di cellule immunitarie attivate. Ma gli scienziati non hanno ancora compreso completamente come questi tre fattori principali si combinano per guidare la malattia. Ora, la UNC School of Medicine ed il National Institutes of Health, hanno messo a nudo il mistero negli esperimenti di laboratorio per rivelare perché un farmaco per l’alzheimer attualmente in sviluppo potrebbero invertire il processo della malattia.
Guidati da Todd Cohen, Assistente di neurologia, gli scienziati dell’UNC hanno usato le culture delle cellule umane per mostrare come la beta amiloide può scatenare una drammatica risposta infiammatoria nelle cellule immunitarie e come tale interazione danneggia i neuroni. In seguito, i ricercatori hanno dimostrato come tale tipo di danni ai neuroni porta alla formazione di strutture a forma di perle piene di proteine tau anormali. Strutture simili a perline sono note per formarsi nelle cellule cerebrali delle persone con malattia di Alzheimer.
I ricercatori dell’UNC hanno anche individuato due proteine - MMP-9 e HDAC6 – che contribuiscono a promuovere questa cascata dannosa da infiammazione a tau. Queste proteine e altre associate, potrebbero diventare bersagli farmacologici per trattare o prevenire l’Alzheimer.
“È stato emozionante osservare laproteina tau, la principale proteina dell’ Alzheimer, all’interno di queste strutture in rilievo”, ha detto Cohen, che è anche membro del Centro di Neuroscienze dell’ UNC.
( vedi anche:La neuroinfiammazione nella malattia di Alzheimer e Parkinson).
Lo studio, pubblicato oggi nella rivista Cell Reports, è stato condotto da tre laboratori UNC guidati da Rick Meeker, Xian Chen e Cohen, nonché dal laboratorio NIH di Jau-Shyong Hong.
Per iniziare lo studio, Cohen e colleghi hanno esposto cellule immunitarie normalmente presenti in uno stato infiammatorio attivato nel cervello di alzheimer a piccoli cluster di beta amiloide o oligomeri, che si ritiene siano le forme più dannose della proteina.
“Il nostro pensiero era che gli oligomeri beta-amiloidi avrebbero attivato una risposta infiammatoria in queste cellule immunitarie, come suggeriva la ricerca precedente e abbiamo voluto vedere se ciò avrebbe indotto forme patologiche di tau”, ha detto Cohen.
I ricercatori si sono quindi concentrati sul fluido in cui le cellule immunitarie erano in crescita. Questo fluido, che conteneva fattori infiammatori o proteine, assomigliava al fluido in cui queste cellule in genere vivono nei cervelli umani. La squadra di Cohen ha aggiunto questo fluido alle culture dei neuroni corticali umani. I neuroni presto hanno sviluppato anormali gonfiori a forma di perline lungo i loro assoni e dendriti.
Questo “bordo neuritico” sugli assoni e sui dendriti è stato osservato nei pazienti affetti da alzheimer ed è stato considerato un segno precoce del danno neuronale, anche se non è stato chiarito come la formazione anomala a forma di perline sia collegata a tau anormale o se le stesse siano la causa dello sviluppo dell’ Alzheimer.
La squadra di Cohen ha cercato poi la proteina tau nelle perline ed ha trovato un accattivante accumulo, anche se tau era in forma anormale e non rilevabile con i soliti strumenti che gli scienziati utilizzano per individuare il tipo di tau tipicamente osservato nei pazienti con Alzheimer. Invece, la tau in rilievo è stata modificata in un modo diverso da quello precedentemente pensato. Questa modifica è ciò che Cohen ha indicato come la causa dell’aggregazione delle proteine.
Le proteine Tau normalmente forniscono supporto strutturale per strutture longitudinali, chiamate microtubuli che vengono utilizzati per trasportare molecole chiave lungo gli assoni. Per ragioni che non sono mai state chiare, le proteine tau nei neuroni affetti da Alzheimer hanno un modello diverso. Sono staccate dai microtubuli, sopportano le modifiche chimiche anomale e si aggregano in aggregati lunghi, aggrovigliati e filettati. Se questi agglomerati tau danneggiano attivamente i neuroni, non è chiaro, ma studi precedenti hanno suggerito che la perdita di tau dai microtubuli e la conseguente disfunzione del trasporto assonale potrebbero causare gravi danni.
La scoperta di tau anormali nelle perline neuritiche ha indicato che queste perle potrebbero segnare l’ingresso di tau nel processo di sviluppo della malattia di Alzheimer. All’interno delle strutture a forma di perline, il laboratorio di Cohen ha anche trovato elevati livelli di calcio, che sono noti per danneggiare i neuroni e sono considerati una caratteristica importante dei neuroni nelle persone con Alzheimer.
“Pensiamo che questi fattori neuroinfiammatori innescano questa cascata”, ha detto Cohen. ” Una volta che il calcio si accumula nel neurone, provoca la trasformazione di tau che probabilmente porta ad un effetto di palla di neve: tau si stacca dai microtubuli e viene trasportata per tutto il neurone, finendo in queste perline. Una possibilità è che queste perle riempite di tau siano i luoghi in cui emergono i classici agglomerati di tau, che sono il segno distintivo della malattia di Alzheimer “.
Una squadra guidata dal ricercatore associato Xian Chen, Professore associato di biochimica e biofisica alla UNC, ha utilizzato la spettrometria di massa per visualizzare le molecole neuroinfiammatorie indotte dalle beta amiloidi che avevano innescato l’afflusso di calcio e la formazione di neuriti. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che una proteina, in particolare MMP-9, era responsabile in parte di questo effetto avverso.
“MMP-9 è una proteina infiammatoria presente ad elevati livelli nel cervello dei pazienti con Alzheimer”, ha dichiarato Cohen. “Nel nostro studio dimostriamo che MP-9 da sola può innescare un flusso di calcio che inonda il neurone”.
I ricercatori hanno anche identificato la proteina HDAC6, che origina da neuroni e si concentra nelle perline neuritiche. Normalmente, HDAC6 rileva aggregati proteici indesiderati all’interno dei neuroni e li trasporta via per lo smaltimento. Tuttavia, bloccando HDAC6 si è arrestata la formazione di quasi tutte le perline, negli esperimenti di laboratorio di Cohen.
Entrambe queste proteine sono state trovate elevate in aree colpite del cervello di Alzheimer. Le aziende farmaceutiche stanno ora sviluppando e coltivando gli inibitori HDAC6, che hanno avuto risultati sorprendentemente buoni negli studi precoci, anche se non è stato completamente compreso come essi funzionano.
“Il nostro lavoro potrebbe spiegare perché gli inibitori HDAC6 hanno dimostrato una tale promessa anticipata”, ha detto Cohen.
Una strategia terapeutica per bloccare HDAC6 e / o MMP-9 potrebbe avere applicazioni oltre l’Alzheimer. La formazione di neuriti è nota in molte altre malattie neurodegenerative e nelle lesioni alla testa. Gli scienziati hanno persino osservato la formazione di neuriti di piccole dimensioni nei cervelli anziani apparentemente sani.
” Il bordo neuritico potrebbe essere un meccanismo generale che sottende il declino cognitivo”, ha detto Cohen.
Nel loro studio, Cohen e colleghi hanno trovato alcune perline neuritiche riempite di tau nel cervello di topi invecchiati ed hanno scoperto che la neuroinfiamazione cronica potrebbe indurre le perline a formarsi nei topi più giovani.
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Fonte: UNC School of Medicine
