Gli scienziati riportano in un nuovo studio che imitando un processo naturale di cellule, hanno impedito la formazione di aggregati proteici associati alla sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e alla demenza frontotemporale. Nelle colture di laboratorio di cellule umane e di lievito, gli scienziati hanno fermato l’aggregazione dannosa delle proteine FUS esponendole alla fosforilazione, un processo che apporta modifiche precise a certi amminoacidi, aumentando la loro carica elettrica negativa. La fosforilazione si verifica nelle cellule in tutto il corpo per vari motivi. Le cellule lo eseguono su proteine FUS come parte di una sequenza di eventi correlati al danno al DNA. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno esaminato sia la fosforilazione naturale che la fosforilazione artificiale sostituendo specifici aminoacidi nelle proteine FUS. La ricerca mostra che l’aumento di carica causa la repulsione delle proteine quando normalmente potrebbero aggregarsi. Le scoperte potrebbero infine avere implicazioni positive per il trattamento della demenza e della SLA – comunemente chiamata malattia di Lou Gehrig.
Lo studio, condotto da un team di ricercatori di Brown, la Uniformed Services University, la Johns Hopkins University, la Lehigh University e il National Institutes of Health, è pubblicato sul Journal EMBO. Il progetto è iniziato nel laboratorio di Fawzi a Brown, dove ha studiato la struttura e la biofisica di FUS e proteine simili strettamente associate a malattie neurodegenerative. Lui e co-conduttore dell’autrice Veronica Ryan, uno studente laureato in Neuroscienza Brown, volevano esplorare come e se la fosforilazione avrebbe influito sul modo in cui le proteine FUS possono aggregarsi, il che mina la salute dei neuroni. Il primo compito era identificare diversi siti specifici di amminoacidi nella regione che FUS utilizza per legarsi con altre proteine dove l’enzima proteina-chinasi dipendente dal DNA (DNA-PK) causa la fosforilazione. I loro collaboratori presso la Uniformed Services University, tra cui il coproduttore Zachary Monahan e l’autore co-corrispondente Frank Shewmaker, hanno continuato il lavoro confermando questi e altri siti di fosforilazione in FUS derivati da cellule umane.
Con più di una dozzina di siti identificati, il team ha quindi deciso di imitare il lavoro della DNA-PK nelle colture cellulari viventi. Il team di Monahan e Shewmaker ha ingegnerizzato il FUS umano nel lievito di birra e ha anche implementato il mimetismo della fosforilazione in una coltura di cellule umane. Quello che hanno osservato in entrambe le culture è che aumentando il grado di fosforilazione – da soli due siti fino a 12 – potrebbero ridurre proporzionalmente la propensione della proteina ad aggregarsi in ciuffi. Nelle cellule di lievito, hanno dimostrato che quanto più efficacemente impedivano la piena aggregazione – aggiungendo più siti che mimavano la fosforilazione – crescevano le colonie più robuste delle cellule. Questa scoperta ha dimostrato che l’aggregazione del FUS è tossica per le cellule. Ryan, Abigail Janke e colleghi di Brown hanno mostrato come la fosforilazione interrompa i contatti tra le molecole di FUS. Nel frattempo, la modellazione computazionale dell’effetto della fosforilazione nella struttura della proteina, guidata dal co-autore Jeetain Mittal a Lehigh, ha mostrato che il cambiamento nella carica elettrica è ciò che ha portato alla differenza nella probabilità di aggregazione delle proteine.
Gli scienziati hanno riconosciuto che l’approccio utilizzato in laboratorio non costituirebbe ancora una terapia pratica per le malattie neurodegenerative, ma ha affermato che la dimostrazione che la fosforilazione può essere utilizzata per interrompere l’aggregazione delle proteine dovrebbe motivare il lavoro a produrre un trattamento. Il team ha ipotizzato che poiché la fosforilazione è un processo naturale delle cellule, la chiave potrebbe essere trovare un “interruttore” per accenderlo quando necessario. Ha anche notato che molte compagnie farmaceutiche hanno gruppi di ricerca molto attivi dedicati allo sfruttamento degli enzimi noti come chinasi di riparazione, come la DNA-PK o la ATM. Inibitori di questi enzimi esistono già da almeno vent’anni, ma sono sempre rimasti in ambito di laboratorio per gli studi eseguiti sui processi di morte cellulare legati al danno al DNA e alla genesi del cancro. Una futura terapia dovrebbe essere mirata – localizzata nel cervello nel caso della FTD, o focalizzata sui motoneuroni nel caso della SLA. La fosforilazione di FUS nel corpo più in generale potrebbe essere dannosa, dato che si presume che abbia ruoli importanti nell’aiutare le cellule a processare l’RNA e possa avere un ruolo nel riparo del DNA.
Per ora, la collaborazione si concentra sulla sperimentazione della fosforilazione specificamente in un modello di una malattia neurodegenerativa, piuttosto che nelle cellule in generale.
- a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
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Dott. Gianfrancesco Cormaci
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