Reindirizzare la proteina huntingtina all’interno delle cellule
Un team canadese decodifica i marcatori che reindirizzano la proteina huntingtina all’interno delle cellule, aiutando a spiegare come diventa tossica
La proteina huntingtina mutata causa la malattia di Huntington, ma non tutta l’huntingtina mutata è ugualmente tossica. La sua esatta localizzazione all’interno delle cellule ha un impatto significativo sulla capacità delle cellule di gestire la proteina mutata. Nuove ricerche stanno aiutando a comprendere i segnali che spostano l’huntingtina mutata all’interno della cellula, fornendo indizi su come renderla meno tossica.
Huntingtina – e il suo gemello malvagio
Sebbene la malattia di Huntington sia dovuta a un’anomalia genetica, sappiamo che il danno che essa causa alle cellule è dovuto alla proteina huntingtina mutata. Il gene HD è un insieme di istruzioni per produrre la proteina huntingtina. Nelle persone affette da HD, e in quelle destinate a sviluppare la malattia, un ‘errore di ortografia’, all’inizio delle istruzioni genetiche, fa sì che una particolare porzione della proteina sia più lunga del normale. Troppi ‘mattoni’ chiamati ‘glutammina’ sono uniti tra loro a un’estremità della proteina.
Avere troppi blocchi di glutammina all’inizio della proteina ha effetti disastrosi ed è ciò che è responsabile degli effetti dannosi dell’huntingtina mutata.
Uno dei compiti principali dei ricercatori sulla malattia di Huntington è capire esattamente in che modo la proteina mutata sia diversa da quella normale e come tali differenze la portino a danneggiare le cellule. Ogni nuova informazione sui modi in cui la proteina causa danni è una possibile pista nella ricerca di trattamenti per rallentare la progressione della malattia.
Ray Truant è un ricercatore sulla malattia di Huntington presso la McMaster University in Ontario, Canada. Truant e il suo team di scienziati hanno studiato la proteina huntingtina per molti anni e hanno condiviso molte importanti intuizioni su come funziona e come si altera nella malattia di Huntington.
Il frammento N-terminale
L’huntingtina è una proteina di grandi dimensioni, quindi studiarla tutta contemporaneamente è difficile. Dopo la scoperta del gene nel 1993, si è presto scoperto che la porzione più dannosa della proteina mutata si trova vicino all’inizio. Gli scienziati chiamano questa porzione di huntingtina, contenente le glutammine extra, ‘il frammento N-terminale’.
Oltre alla regione critica mutata nella MH, questo frammento N-terminale della proteina huntingtina presenta una serie di altre caratteristiche interessanti. Gli scienziati lo studiano da quasi 20 anni e stanno ancora scoprendo una serie di proprietà inaspettate di questo breve frammento proteico – proprietà che hanno un grande impatto sulle cellule.
Gestione del ‘bagaglio’ nelle cellule
Il laboratorio di Truant aveva già scoperto che i primi diciassette amminoacidi costituenti dell’huntingtina sembrano essere particolarmente importanti. Si comportano un po’ come un’etichetta di ‘indirizzo’ per l’intera proteina.
A seconda di ciò che accade a una cellula, piccoli ‘marcatori’ chimici possono essere attaccati ai primi diciassette amminoacidi o rimossi. Il macchinario di trasporto della cellula può quindi leggere questi marcatori come un codice a barre. A seconda del modello di marcatori presenti, la proteina huntingtina viene spostata in diverse posizioni all’interno della cellula. Quindi, nonostante il fatto che questi diciassette amminoacidi siano solo una piccolissima porzione dell’intera proteina huntingtina, possono avere un enorme impatto sulla localizzazione e sulla funzione della proteina.
L’aggiunta e la rimozione di questi piccoli marcatori è chiamata ‘modificazione post-traduzionale’. La ‘traduzione’ è il processo di costruzione delle proteine utilizzando le istruzioni del DNA nei nostri geni, quindi ‘post-traduzionale’ significa semplicemente ‘dopo che la proteina è stata costruita’.
I numeri magici: tredici e sedici
“Marcatori specifici sul tredicesimo e sedicesimo amminoacido dell’huntingtina aiutano a determinare se finisce o meno nel nucleo.”
Comprendere la modificazione post-traduzionale è davvero importante nella MH, perché sembra influenzare quanto sia dannosa la proteina. Ad esempio, nel 2009, il gruppo di William Yang all’UCLA ha scoperto che l’aggiunta di due di questi marcatori impediva ai topi modello di MH di mostrare sintomi. Tali marcatori erano attaccati al tredicesimo e sedicesimo amminoacido costituente della proteina huntingtina.
Poiché questi due marcatori chimici sembrano cruciali per la tossicità della proteina huntingtina mutata, è importante comprenderli più in dettaglio. Il team di Truant si è proposto di capire l’effetto di questi due marcatori su dove finiva la proteina e quanto danno causava una volta lì.
Cosa hanno scoperto?
Innanzitutto, i ricercatori hanno studiato la proteina in cellule viventi, coltivate in una piastra in laboratorio. Hanno modificato geneticamente le cellule in modo che producessero solo i primi diciassette blocchi di amminoacidi della proteina huntingtina, che hanno chiamato N17. Il frammento N17 dell’huntingtina è stato unito a una proteina di medusa che emette luce gialla. Ciò permette di osservare il frammento N17 mentre si muove all’interno delle cellule.
Il team di Truant ha scoperto che quando il breve frammento di huntingtina era marcato nei punti critici tredicesimo e sedicesimo, era molto più probabile che finisse nel nucleo delle cellule.
Il nucleo è una parte davvero importante della cellula – è dove il DNA viene immagazzinato, copiato e letto. Molti ricercatori hanno suggerito che l’huntingtina è più tossica per le cellule quando si fa strada nel nucleo. Ma può anche causare danni quando si trova al di fuori del nucleo, quindi scoprire dove è più pericolosa è importante.
Il team è andato oltre, dimostrando che l’huntingtina si trova in posizioni molto specifiche all’interno del nucleo. Hanno anche sviluppato nuove tecniche per osservare solo le versioni marcate della proteina, piuttosto che tutte le copie non marcate che fluttuano. Questi strumenti saranno molto utili per futuri studi che indagheranno il ruolo che questo processo di marcatura svolge nella MH.
E i farmaci?
Questo lavoro dimostra che marcatori specifici sul tredicesimo e sedicesimo amminoacido dell’huntingtina aiutano a determinare se finisce o meno nel nucleo. Ciò porta all’idea che farmaci che alterano la marcatura di tali amminoacidi potrebbero essere in grado di ridurre il danno alle cellule.
Come funzionerebbe un farmaco del genere? O, nel linguaggio dei ‘cacciatori di farmaci’, quale sarebbe il suo ‘bersaglio’?
Ebbene, i marcatori chimici sono attaccati all’huntingtina da macchine proteiche chiamate ‘chinasi’. E vengono rimossi da altre macchine chiamate ‘fosfatasi’. Le chinasi sono un po’ come delle spillatrici, mentre le fosfatasi sono più simili a levapunti.
Secondo il lavoro di Truant, i farmaci che riducono l’attività della ‘spillatrice’ chinasi dovrebbero ridurre i marcatori sull’huntingtina, mantenendola fuori dal nucleo. Il passo successivo sarebbe vedere dove finiva la proteina e se ciò la rendeva più o meno tossica.
Per testare questo approccio, il team di Truant ha usato molti farmaci diversi noti per colpire le chinasi. Queste sostanze chimiche ‘inibitrici delle chinasi’ possono aiutare gli scienziati a scoprire quale particolare chinasi potrebbe marcare la loro proteina preferita. Bloccando una particolare chinasi, e poi usando i nuovi strumenti che hanno sviluppato per cercare l’huntingtina marcata, i ricercatori possono scoprire quali chinasi stanno effettuando la marcatura.
Dopo aver testato farmaci che bloccano ottanta diverse chinasi, il team ha scoperto che una particolare chinasi chiamata ‘caseina chinasi 2’ – o ‘CK2’ – era particolarmente importante. Come previsto, i farmaci che bloccavano la CK2 facevano sì che l’huntingtina fosse molto meno marcata nei siti cruciali. Hanno avuto l’effetto di mantenere l’huntingtina fuori dal nucleo, indirizzandola invece alla parte della cellula che è la ‘fabbrica di proteine’, il reticolo endoplasmatico o ‘RE’. Nel processo, il danno causato alle cellule dalla proteina è aumentato.
Aspetta, hanno reso la proteina PIÙ tossica?!
Certo, un farmaco che rende l’huntingtina più tossica è l’esatto opposto di ciò che vorremmo ottenere nelle persone. Quindi, non correre in farmacia a chiedere una bottiglia di inibitore di CK2.
Se questo lavoro porterà a trattamenti per i pazienti con malattia di Huntington, vorremo più huntingtina marcata, non meno. In questa fase iniziale, però, il team di Truant stava semplicemente cercando di capire quale chinasi fosse il bersaglio più potente.
Peggiorando le cose nelle cellule con farmaci che bloccano la CK2, sono stati in grado di confermare che la CK2 è importante nel processo di marcatura che ci interessa. Il lavoro futuro può ora essere indirizzato a capire come ottenere l’effetto inverso e rendere l’huntingtina meno tossica.
Questo lavoro, condotto in cellule in vitro, è ancora lontano dal generare trattamenti che possano essere usati nei pazienti. Ma è un importante passo avanti, che ci aiuta a comprendere uno dei protagonisti chiave nel danno alle cellule nella malattia di Huntington e apre una nuova porta ai ricercatori per lavorare su futuri trattamenti.
Questo articolo è stato aggiornato il 27 giugno per chiarire l’effetto della marcatura e dei farmaci che bloccano la CK2.
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