Nella patologia tau della malattia di Alzheimer CK2 fosforila SET

 

 

DIANE RICHMOND

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XV – 26 maggio 2018.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

Nella patologia molecolare della malattia di Alzheimer è noto che l’enzima caseina chinasi 2 (CK2) è altamente attivato ed è strettamente correlato con la formazione degli aggregati neurofibrillari (neurofibrillary tangles), che costituiscono uno dei due contrassegni distintivi della malattia, l’altro essendo costituito dalle placche amiloidi. Un potente PP2A inibitore, SET fosforilata, media l’iperfosforilazione della tau nella malattia di Alzheimer, ma fino ad oggi non è stato chiarito se CK2 fosforila SET e regola la fosforilazione patologica della tau.

Zhang e colleghi hanno risolto il problema, definendo il processo molecolare che ha luogo nella patologia dell’Alzheimer e si rende responsabile del deficit cognitivo rilevato nei modelli murini.

(Zhang Q., et al. CK2 Phosphorylating I2PP2A/SET Mediates Tau Pathology and Cognitive Impairment. Frontiers in Molecular Neuroscience 11: 146 - Epub ahead of print doi: 10.3389/fnmol.2018.00146. eCollection, 2018).

La provenienza degli autori è la seguente: Key Laboratory of Education Ministry of China for Neurological Disorders, Department of Pathophysiology, School of Basic Medicine, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan (Cina); Department of Pathology and Laboratory Medicine, School of Medicine, Emory University, Atlanta, GA (USA); Co-innovation Center of Neurodegeneration, Nantong University, Nantong (China); Department of Genetics and Genomic Sciences, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY (USA).

La fosfoproteina associata ai microtubuli tau ha un’importanza ormai storica nella ricerca sulla patologia molecolare della malattia di Alzheimer; tali studi hanno consentito anche la scoperta del suo ruolo fisiologico nell’assemblaggio e nella stabilizzazione dei microtubuli[1]. In condizioni ordinarie, questa molecola polipeptidica è concentrata nel compartimento assonico delle cellule nervose, ma nelle taupatie (o tauopatie) si accumula anche nel corpo cellulare e nei dendriti. Dal gene MAPT, che ha sede cromosomica 17q21, per splicing alternativo dell’mRNA si producono 6 isoforme, che differiscono l’una dall’altra per la presenza o l’assenza nella metà NH2-terminale di un inserto di 29 o 58 aminoacidi, e la presenza o l’assenza nella metà COOH-terminale di una ripetizione di 31 aminoacidi codificata dall’esone 10. L’esclusione dell’esone 10 porta alla produzione di tre isoforme, ciascuna contenente 3 ripetizioni (domini ripetuti), e la sua inclusione in tre ulteriori isoforme, ciascuna contenente quattro domini ripetuti. Le ripetizioni costituiscono la regione legante i microtubuli, con la tau caratterizzata da quattro domini ripetuti che risulta migliore nella promozione dell’assemblaggio dei microtubuli. Nel cervello adulto umano si reperiscono livelli simili di isoforme a 3 e a 4 domini ripetuti[2].

Da molto tempo è noto che la fosforilazione regola negativamente la capacità della fosfoproteina tau di interagire con i microtubuli. Molti siti fosforilati sono serina/treonina-prolina, 17 di tali siti sono stati reperiti nell’isoforma umana più lunga. La maggior parte di questi siti affianca i domini ripetuti che legano i microtubuli. Le proteinchinasi dirette da prolina, quali la GSK3 (glycogen synthase kinase-3), la CDK5 (cyclin-dependent kinase-5), la MAP (mitogen activated protein) chinasi e le SAP (stress activated protein) chinasi, fosforilano questi siti in vitro. Nel cervello dei roditori il cloruro di litio riduce la fosforilazione della tau, e così indica che GSK3 è una tau chinasi fisiologica. Altri siti della tau sono fosforilati in vitro da AGC chinasi, protein-chinasi II calcio/calmodulina-dipendente e membri della famiglia di chinasi correlate a AMPK. Alcuni di questi siti sono localizzati all’interno dei domini ripetuti.

La PP2A (protein phosphatase 2A) è la maggiore attività fosfatasica nel cervello verso la tau fosforilata dalle chinasi dirette da prolina e da altre chinasi. La fosforilazione è regolata evolutivamente, così che nel cervello fetale la tau è fosforilata di più di quanto lo sia nel cervello adulto. L’iperfosforilazione patologica è stata a lungo studiata[3]. Nel cervello murino adulto, lo stress da acqua fredda (cold water stress test) e la fame da digiuno protratto portano all’iperfosforilazione della tau, per l’inibizione dell’attività di PP2A, piuttosto che per effetto dell’attivazione delle proteinchinasi.

I filamenti ad elica appaiati (PHF, paired helical filament) costituiscono la massa aggrovigliata della degenerazione neurofibrillare intraneuronica tipica della malattia di Alzheimer (neurofibrillary tangles), mentre i filamenti a struttura rettilinea (SF, straight filament) costituiscono una specie molecolare minoritaria. Da quasi trent’anni è stato provato sperimentalmente che la tau è il principale costituente dei PHF e degli SF, e la ricerca degli anni successivi ha rinvenuto tutte e sei le isoforme della proteina nei filamenti. La regione con i domini ripetuti che si legano ai microtubuli forma il “core” del filamento con gli estremi NH2-terminale e COOH-terminale che creano un “coat” lanuginoso intorno al filamento. I filamenti PHF e SF presentano una cross-β structure, caratteristica delle fibre amiloidi.

Riprendendo l’oggetto dello studio di Zhang e colleghi, ricordiamo che prima di questo lavoro non si sapeva se nella malattia di Alzheimer CK2 fosforilasse SET e regolasse la fosforilazione patologica della proteina tau.

In estrema sintesi, i ricercatori mostrano che CK2, fosforilando SET in corrispondenza del residuo aminoacidico Ser9, induce l’iperfosforilazione della tau nella malattia di Alzheimer.

Zhang e colleghi hanno verificato che sia il trattamento con Aβ sia l’iper-espressione della tau stimolano l’attivazione di CK2, che porta all’iperfosforilazione di SET in Ser9 nei neuroni e nei modelli animali della malattia. Al contrario, l’inibizione di CK2 mediante TBB abolisce questi processi biochimici. L’iper-espressione di CK2 nell’ippocampo di topo, via iniezione virale, ha indotto deficit cognitivo associato con l’iperfosforilazione di SET in Ser9. L’iniezione di un mutante mimetico della fosforilazione di SET in Ser9 induceva patologia tau e disturbi del comportamento. Per converso, la co-iniezione di SET S9A non fosforilata con CK2, aboliva la patologia alzheimeriana indotta dall’iper-espressione di CK2, così come il deficit cognitivo.

Nell’insieme, i dati emersi dallo studio dimostrano che CK2 fosforila SET in Ser9 portando alla traslocazione citoplasmatica di SET e all’inibizione di PP2A con conseguente patologia tau e deficit delle funzioni cognitive.

 

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Diane Richmond

BM&L-26 maggio 2018

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[1] Cfr. Goedert M. & Spillantini M. G., A century of Alzheimer’s disease. Science 314, 777-781, 2006.

[2] Simili domini ripetuti sono presenti anche nelle proteine di alto peso molecolare associate ai microtubuli MAP2 e MAP4.

[3] È stata proposta un’associazione con l’ipometabolismo, in quanto l’iperfosforilazione delle fasi iniziali delle tauopatie è stata riscontrata anche nel cervello di animali ibernanti (v. Stieler J. T., et al. PLoS One 6, e14530, 2011).