Neospora Caninum: Il Parassita Hacker che Dirotta il Metabolismo della Cellula Ospite!

Ciao a tutti, appassionati di scienza e curiosi! Oggi voglio parlarvi di una storia affascinante, quasi da film di spionaggio biologico. Il protagonista? Un parassita microscopico ma incredibilmente astuto: Neospora caninum. Forse non ne avete mai sentito parlare, ma è un vero problema, soprattutto per gli allevatori. Questo piccolo protozoo è una delle cause principali di aborti nei bovini e nei caprini, provocando danni economici non indifferenti a livello globale. Pensate, si stima che le perdite superino il miliardo di dollari all’anno! E la cosa frustrante è che, al momento, non abbiamo vaccini o cure veramente efficaci.

Ma cosa rende *Neospora caninum* così difficile da combattere? Beh, come molti parassiti intracellulari (cioè che vivono *dentro* le cellule dell’ospite), ha sviluppato strategie incredibilmente sofisticate per sopravvivere e moltiplicarsi a nostre spese. E una delle sue armi segrete, come abbiamo scoperto recentemente, riguarda il modo in cui manipola il metabolismo energetico della cellula che lo ospita.

Il Dirottamento Energetico: La Glicolisi nel Mirino

Vedete, ogni cellula ha bisogno di energia per vivere, e uno dei processi fondamentali per produrla è la glicolisi: la “rottura” del glucosio (uno zucchero) per ricavare energia. È un po’ come il motore principale della cellula. Negli ultimi anni, noi scienziati abbiamo capito che molti agenti patogeni, dai virus ai batteri ai parassiti come il nostro *Neospora*, sono capaci di “hackerare” questo processo a loro vantaggio. Alcuni lo potenziano, altri lo inibiscono, a seconda di cosa serve loro per prosperare.

E *Neospora caninum*? Cosa fa? Per capirlo, abbiamo analizzato nel dettaglio cosa succede a livello metabolico e genetico nelle cellule epiteliali endometriali di capra (un tipo di cellula che il parassita infetta nell’utero) quando vengono invase da *Neospora*. I risultati sono stati illuminanti! Abbiamo visto che l’infezione provoca un aumento significativo del consumo di glucosio e, soprattutto, della produzione di lattato. Il lattato è spesso un prodotto finale della glicolisi, specialmente in condizioni di “glicolisi aerobica” (nota anche come “effetto Warburg”), un fenomeno spesso osservato nelle cellule tumorali ma anche, a quanto pare, in quelle infettate da certi patogeni. Era come se il parassita stesse spingendo la cellula a “bruciare” zuccheri più velocemente, producendo più lattato. Lo stesso abbiamo osservato anche in modelli animali (topi).

Abbiamo anche visto che l’espressione di molti geni legati alla glicolisi veniva aumentata, così come i livelli di alcuni enzimi chiave come HK2, LDH-A e PDK1. Insomma, tutti gli indizi puntavano nella stessa direzione: Neospora caninum stava potenziando la glicolisi della cellula ospite.

Bloccare il Motore per Fermare l’Intruso

A questo punto, la domanda era ovvia: ma questo potenziamento della glicolisi serve davvero al parassita per replicarsi? Per rispondere, abbiamo provato a mettere i bastoni tra le ruote a questo processo. Abbiamo usato un inibitore della glicolisi ben noto, il 2-DG (2-deossi-D-glucosio). Ebbene, trattando le cellule infettate (sia in coltura che nei topi) con 2-DG, abbiamo osservato una netta riduzione della glicolisi (meno consumo di glucosio, meno produzione di lattato) e, cosa più importante, una significativa inibizione della replicazione del parassita! Meno parassiti per vacuolo (la “sacca” in cui si moltiplicano dentro la cellula), meno DNA parassitario rilevato, placche di crescita più piccole… insomma, il parassita soffriva.

Abbiamo fatto anche altre prove:

• Abbiamo sostituito il glucosio nel terreno di coltura con galattosio (un altro zucchero che entra nella glicolisi più a valle), riducendo così il flusso glicolitico iniziale. Risultato? Meno lattato e meno parassiti.
• Abbiamo usato un terreno con poco glucosio. Stesso risultato: meno parassiti.
• Abbiamo provato ad aggiungere lattato extra alle cellule infettate. Indovinate? La replicazione del parassita aumentava! Era come dargli il “carburante” preferito.
• Abbiamo usato un inibitore specifico dell’enzima LDH-A (sodio oxamato), che converte il piruvato in lattato. Bloccando la produzione di lattato, abbiamo di nuovo inibito la crescita del parassita. E se aggiungevamo lattato insieme all’inibitore, l’effetto inibitorio veniva annullato.

Tutte queste prove confermavano l’idea: la glicolisi della cellula ospite, e in particolare la produzione di lattato, è fondamentale per la replicazione intracellulare di Neospora caninum.

L’Interruttore Chiave: PFKFB3

Ma come fa esattamente *Neospora* a potenziare la glicolisi? C’è un “interruttore” specifico che manipola? La nostra attenzione si è concentrata su un enzima chiamato PFKFB3 (6-fosfofrutto-2-chinasi/fruttosio-2,6-bifosfatasi 3). Questo enzima è un potente regolatore della glicolisi: produce una molecola (il fruttosio-2,6-bifosfato, Fru-2,6-P2) che a sua volta attiva potentemente un altro enzima chiave della glicolisi, la PFK1. Un PFKFB3 più attivo significa più Fru-2,6-P2, più attività PFK1 e quindi un flusso glicolitico accelerato.

E cosa abbiamo scoperto? Che l’infezione da *Neospora caninum* aumentava significativamente l’espressione dell’mRNA e della proteina PFKFB3 nelle cellule ospiti, sia in vitro che in vivo! Di conseguenza, aumentavano anche i livelli di Fru-2,6-P2 e l’attività dell’enzima PFK1. Sembrava proprio che PFKFB3 fosse il bersaglio principale del parassita per “accelerare” la glicolisi.

Per confermarlo, abbiamo usato un inibitore specifico di PFKFB3, il 3-PO, e anche una tecnica di silenziamento genico (siRNA) per ridurre specificamente l’espressione di PFKFB3 nelle cellule. In entrambi i casi, abbiamo visto che:

• I livelli di PFKFB3 diminuivano.
• I livelli di Fru-2,6-P2 e l’attività di PFK1 si riducevano.
• La glicolisi (consumo di glucosio, produzione di lattato) veniva inibita.
• E, soprattutto, la replicazione di *Neospora caninum* veniva significativamente ridotta!

Anche nei topi, il trattamento con 3-PO riduceva la glicolisi nell’utero e diminuiva la carica parassitaria in vari organi. Era la prova che cercavamo: Neospora caninum dirotta la glicolisi guidata da PFKFB3 per facilitare la propria propagazione.

Svelare la Catena di Comando: JNK e HIF-1α

Ma non eravamo ancora soddisfatti. Volevamo capire *come* il parassita riuscisse ad aumentare l’espressione di PFKFB3. Quali segnali cellulari attivava? Abbiamo esaminato diverse vie di segnalazione note per regolare PFKFB3 e abbiamo scoperto che l’infezione da *Neospora* attivava specificamente la via di segnalazione JNK (c-Jun N-terminal kinase). Inibendo JNK con un farmaco specifico (SP600125), abbiamo visto che non solo si riduceva l’attivazione di JNK, ma diminuivano anche i livelli di PFKFB3, si riduceva la glicolisi e, di conseguenza, si inibiva la replicazione del parassita. Quindi, la via JNK era chiaramente coinvolta.

Ma come fa JNK a regolare PFKFB3? Di solito si pensa alla fosforilazione diretta dell’enzima, ma nel nostro caso abbiamo visto che la fosforilazione di PFKFB3 (in un sito specifico, Ser461) era addirittura *ridotta* dall’infezione. Dovevamo cercare altrove.

Ci siamo allora concentrati su un fattore di trascrizione (una proteina che regola l’espressione dei geni) chiamato HIF-1α (Hypoxia-Inducible Factor 1 alpha). Sappiamo che il gene *pfkfb3* ha nel suo promotore (la regione che ne controlla l’accensione) dei siti di legame per HIF-1α. E cosa abbiamo trovato? Che l’infezione da *Neospora* aumentava notevolmente i livelli di HIF-1α nelle cellule ospiti!

Usando un inibitore di HIF-1α (LW6) o uno stabilizzatore (DMOG), abbiamo dimostrato che HIF-1α era essenziale per l’aumento di PFKFB3 e della glicolisi indotto dal parassita. Inibendo HIF-1α, bloccavamo l’effetto del parassita sulla glicolisi e sulla sua stessa replicazione; stabilizzandolo, invece, potenziavamo questi effetti. Con esperimenti ancora più specifici (ChIP e Dual-Luciferase), abbiamo confermato che HIF-1α si lega direttamente al promotore del gene *pfkfb3* (in una regione specifica tra -841 e -837 bp) e ne attiva la trascrizione.

Ma come si collega tutto questo alla via JNK? Ebbene, è noto che la via JNK può regolare la stabilità di HIF-1α, in particolare influenzando la sua ubiquitinazione, un processo che marca le proteine per la degradazione. E infatti, abbiamo scoperto che l’infezione da *Neospora* riduceva l’ubiquitinazione di HIF-1α (quindi lo rendeva più stabile), e questo effetto dipendeva dall’attivazione di JNK! Inibendo JNK con SP600125, l’ubiquitinazione di HIF-1α aumentava (quindi veniva degradato di più) e, di conseguenza, la sua capacità di attivare il gene *pfkfb3* diminuiva.

Conclusioni: Un Hacker Metabolico e Nuove Strategie Terapeutiche

Quindi, mettendo insieme tutti i pezzi del puzzle, emerge un quadro affascinante:

1. Neospora caninum infetta la cellula ospite.
2. Attiva la via di segnalazione JNK.
3. JNK inibisce la degradazione (ubiquitinazione) del fattore di trascrizione HIF-1α, aumentandone i livelli.
4. HIF-1α si lega al promotore del gene pfkfb3 e ne aumenta l’espressione.
5. L’aumento dell’enzima PFKFB3 potenzia la glicolisi nella cellula ospite, portando a un maggior consumo di glucosio e produzione di lattato.
6. Questo ambiente metabolico alterato favorisce la replicazione intracellulare del parassita.

In pratica, *Neospora caninum* si comporta come un vero e proprio hacker metabolico, riprogrammando il motore energetico della cellula ospite per creare un ambiente favorevole alla propria crescita.

Questa scoperta non è solo interessante dal punto di vista biologico, ma apre anche nuove prospettive terapeutiche. Se riusciamo a bloccare questo dirottamento della glicolisi, magari agendo su PFKFB3, su JNK o su HIF-1α, potremmo avere una nuova arma per combattere la neosporosi, una malattia che finora si è rivelata molto difficile da controllare. È una strada tutta da esplorare, ma è sicuramente promettente!

Spero che questo viaggio nel mondo microscopico del metabolismo e dei parassiti vi sia piaciuto. La biologia non smette mai di sorprenderci con la sua complessità e le sue strategie ingegnose, non trovate?

Fonte: Springer