Malattia di Huntington: Quando Due Proteine Giocano a “Guardie e Ladri” nei Nostri Neuroni

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel cuore di una malattia neurodegenerativa davvero devastante: la Malattia di Huntington (MdH). È una di quelle condizioni che ti colpiscono dritto al cuore, perché sappiamo che deriva da una specifica “anomalia” genetica – un’espansione di triplette nel gene dell’Huntingtina (HTT) – ma capire *esattamente* come questa anomalia causi la degenerazione assonale e la morte neuronale è ancora un puzzle complesso.

L’Huntingtina: Un’Impalcatura Misteriosa

Pensate all’Huntingtina (HTT) come a una sorta di “impalcatura” molecolare. È una proteina presente un po’ ovunque nel corpo, ma particolarmente abbondante nei neuroni. È essenziale per lo sviluppo, ma la sua funzione precisa è rimasta a lungo un mistero. Sappiamo che gioca un ruolo in processi legati alle membrane cellulari, come l’endocitosi (il modo in cui le cellule “mangiano” molecole dall’esterno), il trasporto di vescicole (piccoli pacchetti che trasportano molecole all’interno della cellula) e la loro fusione.

Il problema nella MdH è che la proteina HTT ha una “coda” più lunga del normale, composta da ripetizioni dell’amminoacido glutammina (polyQ). Questa espansione (>35 ripetizioni) sembra alterare il modo in cui HTT si lega alle membrane e interagisce con altre proteine. Immaginate un’impalcatura che improvvisamente cambia forma: è facile capire come questo possa creare problemi! Ma quali problemi esattamente? E quali partner molecolari sono coinvolti?

Dentro le Membrane Neuronali: Cosa Cambia nella MdH?

Per capirci qualcosa di più, nel nostro studio abbiamo deciso di “zoomare” proprio su quelle membrane cellulari leggere (LM) dove HTT sembra fare il suo lavoro, isolandole da neuroni derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Queste cellule sono fantastiche perché possiamo ottenerle da pazienti con MdH (con HTT mutata, nel nostro caso Q109) e da individui sani (con HTT normale, Q17) e poi differenziarle in neuroni in laboratorio. È come avere una finestra diretta sui processi cellulari umani.

Utilizzando tecniche avanzate di proteomica quantitativa basata sulla spettrometria di massa (un modo super sofisticato per identificare e quantificare migliaia di proteine contemporaneamente), abbiamo analizzato cosa c’era “attaccato” a queste membrane leggere, sia in generale sia specificamente legato a HTT (tramite immunoprecipitazione, o IP).

I risultati? Sorprendenti! Abbiamo visto cambiamenti significativi nel proteoma (l’insieme delle proteine) e nel kinoma (l’insieme delle chinasi, enzimi che aggiungono gruppi fosfato alle proteine, un processo chiamato fosforilazione) associati a queste membrane nei neuroni “malati” (Q109) rispetto a quelli sani (Q17). In particolare, abbiamo notato alterazioni in proteine coinvolte nella trasduzione del segnale, nella traduzione neuronale (la sintesi di proteine nei neuroni), nel traffico intracellulare e nella guida degli assoni. Sembra proprio che l’HTT mutata mandi in tilt l’organizzazione molecolare sulle membrane!

Un Sospetto: La Fosforilazione di HTT

Un dato che ci ha colpito è stato l’aumento dei livelli di HTT fosforilata nei neuroni MdH. La fosforilazione è come un interruttore molecolare: può accendere o spegnere una proteina, o modificarne la funzione e le interazioni. Studi precedenti avevano identificato decine di potenziali siti di fosforilazione su HTT, ma la loro rilevanza funzionale era in gran parte sconosciuta.

Analizzando il kinoma, abbiamo notato che la distribuzione di diverse chinasi era alterata sulle membrane dei neuroni MdH. Tra queste, alcune erano già state implicate nella MdH, come AKT, ma altre erano meno studiate in questo contesto: CDK1/5, ERK1/2 e GSK3α/β. La cosa interessante è che un potenziale sito di fosforilazione per GSK3α/β (Ser2657) si sovrapponeva a uno dei tre siti putativi per ERK1/2. Questo suggeriva un possibile “dialogo” o addirittura un conflitto tra queste due vie di segnalazione.

GSK3β e ERK1: Due Nuovi Attori sul Palco della MdH

A questo punto, la domanda era ovvia: GSK3β e ERK1 possono effettivamente fosforilare HTT? E se sì, che ruolo giocano nella malattia?

Per rispondere, abbiamo usato saggi di chinasi in vitro. In pratica, abbiamo preso HTT (sia normale che mutata) isolata dai nostri neuroni iPSC e l’abbiamo messa in provetta con GSK3β o ERK1 ricombinanti e ATP radioattivo (³²P-ATP). Se la chinasi fosforila HTT, vedremo un segnale radioattivo sulla proteina.

Ebbene sì! Sia GSK3β che ERK1 sono in grado di fosforilare HTT, sia nella sua forma normale (Q17) che in quella patogenica (Q109). Anzi, la fosforilazione sembrava persino aumentata con la HTT mutata. Abbiamo anche confermato che usando inibitori specifici per GSK3β (CHIR99021) o per ERK (SCH772984), la fosforilazione di HTT diminuiva significativamente.

Questa era una scoperta importante: avevamo identificato due nuove chinasi che modificano HTT. Ma la vera sorpresa doveva ancora arrivare.

Ruoli Opposti: Una Lotta tra Bene e Male?

Per capire l’impatto funzionale di queste fosforilazioni, siamo passati a un modello animale: la Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta. Abbiamo usato un modello “umanizzato”, in cui i neuroni dei moscerini esprimevano la HTT umana, normale (Q25) o patogenica (Q103). Questi moscerini mostrano difetti simili a quelli osservati nei neuroni umani e nei pazienti, come problemi di movimento (le larve strisciano male), blocchi nel trasporto assonale, problemi alle sinapsi e morte neuronale.

Ora, cosa succedeva se inibivamo GSK3β o ERK in questi moscerini?

GSK3β: Un Attore che Peggiora la Situazione?

Quando abbiamo trattato le larve che esprimevano HTT patogenica (Q103) con l’inibitore di GSK3β (CHIR99021), abbiamo osservato qualcosa di notevole: i loro difetti di movimento miglioravano significativamente! Non solo, ma anche i blocchi nel trasporto assonale, i difetti sinaptici e persino la morte neuronale nel cervello delle larve diminuivano. Sembrava proprio che l’attività di GSK3β, e quindi la fosforilazione di HTT da parte sua, esacerbasse i problemi causati dalla proteina mutata. Inibire GSK3β aveva un effetto protettivo!

ERK1: Un Possibile Alleato Inaspettato?

E l’inibizione di ERK? Qui le cose si sono ribaltate. Trattando le larve Q103 con l’inibitore di ERK (SCH772984), i difetti di movimento peggioravano, i blocchi assonali contenenti HTT aumentavano e, cosa ancora più preoccupante, la morte neuronale aumentava! Al contrario, se esprimevamo più ERK normale insieme alla HTT patogenica, riuscivamo a ridurre gli accumuli di HTT e i blocchi assonali. Questo suggeriva fortemente che l’attività di ERK, e la fosforilazione di HTT da parte sua, avesse un ruolo neuroprotettivo, mitigando gli effetti tossici della HTT mutata.

Quindi, avevamo scoperto due chinasi che fosforilano HTT ma con effetti diametralmente opposti sulla progressione della malattia nel nostro modello:

• GSK3β: La sua attività sembra peggiorare i difetti di trasporto e la morte cellulare. Inibirla è benefico.
• ERK1: La sua attività sembra proteggere i neuroni. Inibirla è dannoso, mentre aumentarla potrebbe essere utile.

Perché questa Differenza? Meccanismi e Prospettive

Questa scoperta dei ruoli opposti è davvero intrigante. Come mai queste due chinasi, che possono persino condividere un sito di fosforilazione su HTT, hanno effetti così diversi?

Una possibilità è che agiscano su aspetti diversi della patologia. I nostri dati suggeriscono che GSK3β abbia un ruolo più generale nel regolare il trasporto assonale (infatti, la sua inibizione causa qualche problema di trasporto anche con HTT normale, anche se in misura minore). L’aumento della sua attività nella MdH potrebbe quindi mandare in tilt il trasporto di molte componenti essenziali, peggiorando la situazione.

ERK, d’altra parte, non sembra avere un ruolo così centrale nel trasporto assonale generale (la sua alterazione non causava blocchi di vescicole sinaptiche generiche, ma solo di HTT). Il suo effetto protettivo potrebbe essere legato ad altri meccanismi. Forse la fosforilazione da parte di ERK rende HTT meno incline a formare aggregati tossici, o magari attiva vie di segnalazione pro-sopravvivenza nei neuroni, contrastando la morte cellulare indotta dalla HTT mutata. Sappiamo che ERK è coinvolta nella segnalazione dei neurotrofine (come BDNF), fattori essenziali per la sopravvivenza neuronale, il cui trasporto è spesso compromesso nella MdH. Potrebbe essere che ERK cerchi di “compensare” i danni causati dalla HTT mutata.

Conclusioni: Nuove Speranze Terapeutiche?

Insomma, il nostro lavoro ha svelato un quadro complesso ma affascinante. Abbiamo identificato GSK3β e ERK1 come due nuovi regolatori della fosforilazione di HTT, con ruoli opposti nella disfunzione neuronale e nella morte cellulare nella Malattia di Huntington. GSK3β sembra essere un “cattivo” che peggiora le cose, mentre ERK1 potrebbe essere un “buono” che cerca di proteggere i neuroni.

Questa scoperta apre scenari terapeutici molto interessanti. Esistono già piccole molecole (farmaci) in grado di inibire GSK3β o di attivare la via di ERK. L’idea di poter usare questi strumenti per “riequilibrare” la situazione nei neuroni dei pazienti MdH è elettrizzante. Potremmo pensare a terapie che inibiscono selettivamente GSK3β per migliorare il trasporto assonale e ridurre la morte cellulare, o strategie per potenziare l’attività protettiva di ERK.

Ovviamente, la strada è ancora lunga. Bisognerà capire meglio i meccanismi molecolari precisi, confermare questi risultati in modelli più complessi e, infine, testare la sicurezza e l’efficacia di questi approcci nell’uomo. Ma aver identificato una nuova via di segnalazione così critica, e potenzialmente “bersagliabile” con farmaci, ci dà una nuova speranza nella lotta contro questa terribile malattia. È la bellezza della ricerca: ogni piccolo passo avanti può aprire porte inaspettate!

Fonte: Springer