Parkinson e un Gene Sospetto: Lo Zebrafish Ci Svela (Forse) la Verità su ACMSD!

Ciao a tutti, appassionati di scienza e curiosi! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel mondo della ricerca sul Parkinson, una malattia che, ahimè, conosciamo bene per la sua complessità e per l’impatto che ha sulla vita di tante persone. Sapete, quando si studiano patologie così intricate, spesso ci si imbatte in “sospettati” genetici, geni che sembrano avere un ruolo nella malattia. Uno di questi, emerso da studi chiamati GWAS (studi di associazione sull’intero genoma), è il gene ACMSD. Ma sarà davvero un pezzo grosso nel puzzle del Parkinson? Beh, abbiamo provato a vederci più chiaro usando un aiutante un po’ insolito: il zebrafish!

ACMSD e la Via della Chinurenina: Un Bivio Cruciale

Prima di tuffarci negli esperimenti, facciamo un piccolo ripasso. Il gene ACMSD codifica per un enzima, l’α-amino-β-carbossimuconato-ε-semialdeide decarbossilasi (lo so, un nome da scioglilingua!). Questo enzima è un protagonista in un percorso metabolico chiamato “via della chinurenina”, che parte dal triptofano (sì, quello del buonumore!). Immaginate questa via come una strada con un bivio cruciale, e ACMSD è il vigile che dirige il traffico.

• Se ACMSD fa il suo lavoro, si produce acido picolinico, una molecola considerata neuroprotettiva e anti-infiammatoria. Una buona notizia!
• Se invece ACMSD è assente o non funziona bene, la strada porta alla produzione di acido chinolinico (QUIN). E qui iniziano i guai: QUIN è una neurotossina bella e buona, capace di danneggiare i neuroni attivando i recettori NMDA, aumentando il rilascio di glutammato (che in eccesso è tossico) e scatenando l’inferno della neuroinfiammazione. Attiva le cellule immunitarie del cervello, come microglia e astrociti, portandole a rilasciare sostanze pro-infiammatorie. Insomma, un vero cattivo!

Visto che alcune varianti genetiche vicino ad ACMSD sono state associate al Parkinson, l’ipotesi era: e se una ridotta funzione di ACMSD portasse a più QUIN, contribuendo così alla morte dei neuroni dopaminergici tipica del Parkinson? Sembrava un’idea promettente.

Entrano in Scena i Nostri Amici Pinnuti: il Modello Zebrafish

Per testare questa ipotesi, avevamo bisogno di un modello animale. E chi meglio dello zebrafish? Questi pesciolini tropicali sono fantastici per la ricerca: si sviluppano rapidamente, sono trasparenti nelle prime fasi di vita (il che ci permette di vedere letteralmente cosa succede dentro!) e condividono con noi umani una sorprendente quantità di geni, incluso un gene ortologo all’ACMSD umano, con cui ha circa l’80% di somiglianza.
Usando la potente tecnica del CRISPR/Cas9 (una sorta di “forbici molecolari” super precise), abbiamo creato degli zebrafish con una mutazione nel loro gene acmsd, rendendolo di fatto non funzionante. L’obiettivo era vedere se, senza ACMSD, questi pesciolini avrebbero sviluppato problemi simili a quelli del Parkinson o, almeno, alcuni segnali d’allarme. Abbiamo verificato che la mutazione portava a una drastica riduzione dell’mRNA di acmsd, segno che il gene era stato “silenziato” efficacemente.

La Sorpresa: Zebrafish Senza ACMSD, Ma Stanno Benone!

E qui, amici, arriva la parte più interessante, e per certi versi inaspettata. Nonostante la mancanza di ACMSD funzionante, i nostri zebrafish mutanti (li chiameremo acmsd-/-) erano:

• Vitali e fertili: crescevano, si riproducevano e avevano una durata di vita simile ai loro fratelli “normali”.
• Morfologicamente normali: nessun difetto fisico evidente, nemmeno a livello del fegato, dove ACMSD è molto espresso.
• Nessun problema di movimento: né da larve né da adulti mostravano alterazioni nel nuoto spontaneo. Questo è importante, perché i problemi motori sono un segno distintivo del Parkinson.

Ci siamo chiesti: ma i neuroni dopaminergici, quelli che muoiono nel Parkinson? Abbiamo contato i neuroni che producono dopamina (marcati con th1) e… nessun cambiamento significativo tra i pesci acmsd-/- e i controlli! Abbiamo anche provato a “stressarli” con MPP+, una neurotossina che mima alcuni aspetti del Parkinson e uccide selettivamente questi neuroni. Pensavamo che i mutanti sarebbero stati più vulnerabili. E invece no! La perdita di neuroni era identica in entrambi i gruppi. Anche usando un’altra tecnica per visualizzare i neuroni monoaminergici (ETvmat2:GFP), e misurando i livelli di dopamina e serotonina nel cervello adulto, il risultato non è cambiato: tutto nella norma.

E la Neuroinfiammazione? Nemmeno l’Ombra!

Ok, forse il problema non era la perdita diretta di neuroni, ma un’infiammazione cronica pronta a esplodere? Dopotutto, QUIN è un potente infiammatorio. Abbiamo contato le cellule microgliali (le “sentinelle immunitarie” del cervello) e misurato il loro stato di attivazione. Ancora una volta, nessuna differenza tra i mutanti acmsd-/- e i controlli. Abbiamo anche controllato l’espressione di alcune citochine pro-infiammatorie come cxcl8, il-1β e mmp9. Risultato? Tutto piatto, nessuna differenza significativa.
A questo punto, uno potrebbe pensare: “Ma allora la mutazione non ha funzionato? Forse ACMSD non è stato bloccato?”.

Il Colpo di Scena Metabolomico: QUIN alle Stelle, Ma…

Per toglierci ogni dubbio, siamo andati a misurare direttamente i metaboliti della via della chinurenina. E qui la conferma: nei nostri zebrafish acmsd-/-, i livelli di acido chinolinico (QUIN) erano enormemente aumentati! Parliamo di un incremento di almeno 34.800% nelle larve e fino a 71.500% nel fegato degli adulti, e 11.000% nel cervello. Quindi, la mancanza di ACMSD aveva decisamente sbilanciato la via metabolica, proprio come previsto.
Ma allora, perché i pesci stavano bene? La risposta, o almeno una parte di essa, sembra risiedere in un meccanismo di compensazione. Abbiamo notato un aumento dell’attività di un altro enzima, la chinurenina aminotransferasi (KAT). Questo enzima converte la chinurenina in acido chinurenico (KYNA), una molecola che, guarda caso, è neuroprotettiva e antagonista dei recettori NMDA, proprio quelli che QUIN va a stimolare! In pratica, sembra che i nostri zebrafish, di fronte a un eccesso del “cattivo” QUIN, abbiano potenziato la produzione del “buono” KYNA, che potrebbe averli protetti dagli effetti tossici. Un po’ come se, vedendo arrivare un’ondata di fango (QUIN), avessero costruito in fretta e furia una diga più alta (KYNA).

Cosa Significa Tutto Questo per il Parkinson?

Beh, questo studio sul nostro modello zebrafish suggerisce che la semplice deficienza di ACMSD, pur portando a un massiccio aumento di QUIN, non sembra essere sufficiente da sola a causare fenotipi rilevanti per il Parkinson, almeno in questi animali. Questo non significa che ACMSD o la via della chinurenina non abbiano alcun ruolo, ma forse la loro implicazione è più complessa o contest-specifica di quanto pensassimo.
È anche importante ricordare che:

• L’evidenza genetica che lega ACMSD al Parkinson non è così schiacciante come per altri geni.
• Il principale SNP associato ad ACMSD si trova in realtà in una regione intronica di un altro gene, TMEM163, che potrebbe essere il vero colpevole o un complice.
• Studi biochimici su pazienti con Parkinson hanno dato risultati contrastanti riguardo ai metaboliti della via della chinurenina.

Il nostro lavoro sottolinea una cosa fondamentale: la validazione biologica. Non basta trovare un’associazione statistica in un GWAS; bisogna poi rimboccarsi le maniche e vedere, in un sistema vivente, cosa succede realmente quando quel gene viene alterato. Lo zebrafish, in questo, si è rivelato un alleato prezioso, anche se i risultati non sono stati quelli che ci si poteva aspettare inizialmente.
Certo, ci sono limiti. Ad esempio, i meccanismi di compensazione genetica nei mutanti CRISPR possono a volte mascherare gli effetti di un difetto genico, anche se nel nostro caso abbiamo visto una chiara compensazione funzionale (l’aumento di KAT).
In conclusione, la storia di ACMSD e Parkinson è ancora tutta da scrivere. Il nostro studio aggiunge un tassello importante, suggerendo che, almeno nel contesto del nostro modello zebrafish, ACMSD potrebbe non avere quel ruolo di primo piano che alcuni studi avevano ipotizzato. La ricerca continua, e ogni risultato, anche quello “negativo” o inatteso, ci avvicina un po’ di più alla comprensione di questa complessa malattia. E chissà quali altre sorprese ci riserveranno i nostri amici pinnuti!

Fonte: Springer