Vermi al salvataggio: separare l’Huntingtina buona, cattiva e grumosa

La malattia di Huntington (HD) è una malattia cerebrale fatale causata da un difetto nel gene dell’huntingtina (HTT), che produce una proteina extra-lunga. Questo difetto fa sì che la proteina HTT formi aggregati dannosi, o “agglomerati”, all’interno delle cellule, un processo comune ad altre malattie neurodegenerative come l’Alzheimer e il Parkinson. Quando le proteine si aggregano, formano forme e strutture diverse, alcune più dannose di altre.

È importante capire quale tipo specifico di aggregato proteico è il più dannoso per le cellule, perché forme diverse potrebbero causare danni in modi diversi, e questo può guidare lo sviluppo di terapie per la HD. In un nuovo lavoro pubblicato su una rivista di ricerca chimica, un team di ricercatori ha testato quanto siano dannose diverse forme di aggregati proteici HTT. Hanno anche manipolato le proprietà di questi aggregati proteici per cercare di ridurre i loro effetti dannosi. Quindi, cosa hanno scoperto e cosa significa questo per la HD?

Le proteine come mattoni da costruzione

Un’analogia per spiegare i diversi tipi di aggregati proteici è pensare ai mattoni usati in edilizia. Le proteine normali sono come mattoni da costruzione tagliati e impilati correttamente. Come i mattoni rotti, le proteine danneggiate o mutate possono accumularsi in modi diversi con il passare del tempo:

Oligomeri (i primi a formare cluster): piccole pile disorganizzate di pochi mattoni deformi o rotti, abbastanza piccoli da essere facilmente spostati.

Aggregati amorfi (agglomerati disordinati): un mucchio disordinato di tutti i tipi di mattoni danneggiati scaricati in un angolo che manca di una struttura definita ed è difficile da spostare.

Fibrille amiloidi (fibre ordinate): una pila di mattoni che è stata assemblata in parti di un muro che non ha alcuna funzione, ma non può essere facilmente spostata o smontata.

Le nostre cellule hanno sistemi di controllo che funzionano come una squadra di pulizia edile che cerca di ordinare, riorganizzare o rimuovere i mattoni danneggiati prima che si accumulino in pile problematiche. Tuttavia, in malattie come la HD, questo sistema di controllo può essere sopraffatto. Con il tempo, c’è semplicemente troppo HTT espanso perché riescano a tenere il passo. In altre parole, ci sono troppi mattoni danneggiati.

Separazione tramite centrifugazione

I ricercatori volevano rispondere a una domanda chiave: quale tipo di aggregato HTT causa il danno maggiore? Per scoprirlo, avevano prima bisogno di un modo per separare i diversi tipi di aggregati l’uno dall’altro.

Hanno usato un filatore da laboratorio (chiamato centrifuga) che funziona come il ciclo di centrifuga di una lavatrice: separa i materiali in base al peso. Proprio come una lavatrice scaglia l’acqua dai vestiti, la centrifugazione a diverse velocità ha separato gli aggregati HTT in base alle dimensioni. Una centrifugazione delicata ha separato gli aggregati grandi, mentre una centrifugazione più veloce ha separato gli aggregati più piccoli da quelli più grandi.

Dopo aver separato i diversi tipi di aggregati HTT, i ricercatori li hanno dati in pasto a minuscoli vermi di laboratorio chiamati C. elegans (pronunciato “si EL-uh-ganz”) per testare quali aggregati sono i più dannosi. Potrebbe sembrare strano usare i vermi per la ricerca sulla HD! Ma questi vermi sono cavalli di battaglia della scoperta scientifica. Per decenni, i laboratori di tutto il mondo li hanno usati per fare scoperte rivoluzionarie sull’invecchiamento, la longevità e su come le cellule si sviluppano nel corso della vita.

C. elegans sono lunghi circa quanto un trattino (-), quasi trasparenti e quasi impossibili da vedere senza un microscopio. Nei laboratori, vivono in un liquido o gel specializzato noto come “terreno di coltura”, contenuto in un ambiente controllato che ha tutto ciò di cui hanno bisogno per sopravvivere.

I vermi hanno mangiato le diverse forme di aggregati HTT e i ricercatori hanno misurato la sopravvivenza e il movimento dei vermi nei successivi 2 giorni. I risultati suggeriscono che i piccoli aggregati (oligomeri) sono i più dannosi, riducendo la sopravvivenza e il movimento dei vermi, mentre le fibrille più grandi non hanno causato alcun danno. Tornando alla nostra analogia dei mattoni, sembra che siano quelle piccole pile mobili di mattoni rotti a causare i maggiori problemi, non le grandi pile rigide!

La struttura influenza la tossicità

Ora che sapevano che i piccoli aggregati erano quelli tossici, i ricercatori volevano capire perché. Hanno testato se cambiare la struttura di questi aggregati potesse renderli meno dannosi.

Innanzitutto, hanno “graffettato” chimicamente gli aggregati insieme in modo che non potessero muoversi così facilmente. I vermi sono sopravvissuti più a lungo. Questo suggerisce che la flessibilità di questi piccoli aggregati, la loro capacità di spostarsi e cambiare forma, è almeno in parte ciò che li rende pericolosi.

Hanno anche testato due composti sperimentali (EGCG e riluzolo) che sono noti per influenzare il modo in cui le proteine si aggregano. A seconda di quando sono stati aggiunti i composti, hanno cambiato la sopravvivenza dei vermi in modi diversi. Questo ci dice che la tempistica dell’interferenza con la formazione degli aggregati è importante e che diversi interventi creano aggregati con diversi livelli di tossicità. È importante notare che questi composti sono strumenti di ricerca, non potenziali trattamenti, ma aiutano gli scienziati a capire cosa sta succedendo con la proteina HTT.

Applicare i risultati alla ricerca futura

Questa ricerca offre due importanti contributi. Innanzitutto, fornisce agli scienziati un metodo semplice e riproducibile per separare e testare diversi tipi di aggregati HTT, qualcosa che altri laboratori possono ora utilizzare nel proprio lavoro. In secondo luogo, rivela che la struttura e la flessibilità degli aggregati proteici determinano quanto sono tossici. Questa è una intuizione potenzialmente potente! Se possiamo stabilizzare o irrigidire questi aggregati, potremmo essere in grado di ridurre il danno che causano.

L’idea che “bloccare” le proteine tossiche potrebbe proteggere le cellule è una nuova angolazione interessante per le terapie per la HD, e potenzialmente per altre malattie che coinvolgono l’aggregazione proteica, come l’Alzheimer e il Parkinson. Naturalmente, questi esperimenti sono stati fatti in vermi semplici, quindi c’è una lunga strada da percorrere prima di sapere se questo approccio potrebbe funzionare nelle persone.

I prossimi passi includono il monitoraggio di ciò che accade a questi aggregati tossici dopo che i vermi li ingeriscono. Continuano ad aggregarsi all’interno delle cellule? Quali organi sono colpiti? I ricercatori devono anche capire meglio esattamente quali forme di piccoli aggregati sono più pericolose e testare se questo approccio funziona in animali più complessi, come i topi. Se questi studi avranno successo, alla fine potrebbero aiutare a sviluppare farmaci progettati per ridurre la tossicità degli aggregati HTT.

Riassunto

• La malattia di Huntington (HD) è causata da un difetto nel gene HTT che fa sì che la proteina si aggreghi all’interno delle cellule cerebrali. Un’aggregazione simile si verifica in altre malattie cerebrali come l’Alzheimer. Questi aggregati si formano in modi diversi, alcuni sono piccoli e flessibili (oligomeri) mentre altri sono grandi e rigidi (fibrille).
• I ricercatori hanno sviluppato un metodo semplice usando la centrifugazione per separare diversi tipi di aggregati HTT in modo da poter testare ogni tipo individualmente.
• Hanno dato in pasto gli aggregati separati a minuscoli vermi di laboratorio e hanno misurato come se la passavano i vermi. I piccoli aggregati flessibili erano altamente tossici per i vermi, mentre i grandi aggregati rigidi non hanno causato alcun danno.
• Quando i ricercatori hanno “graffettato” chimicamente i piccoli aggregati insieme per renderli meno flessibili, i vermi sono sopravvissuti più a lungo. Questo suggerisce che la flessibilità è fondamentale per capire perché questi aggregati sono pericolosi.
• Questo lavoro fornisce agli scienziati un nuovo strumento per studiare gli aggregati HTT e suggerisce una potenziale nuova strategia di trattamento. Se possiamo bloccare gli aggregati proteici tossici in forme meno flessibili, potremmo ridurre il danno che causano nella HD e in altre malattie da aggregazione proteica.