Identificato il meccanismo di tossicità per i motoneuroni in SLA e demenza FT

 

 

DIANE RICHMOND

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XIX – 19 marzo 2022.

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]

 

Gli intensi studi sulla patogenesi della sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e della degenerazione frontotemporale (FTD) spesso associata, che impegnano numerosi laboratori in tutto il mondo, sono giunti a definire che “meccanismi non autonomi dalla cellula” contribuiscono alla neurodegenerazione in un quadro fisiopatologico in cui gli astrociti rilasciano fattori tossici specificamente per i motoneuroni, ma finora non identificati.

Cristian Arredondo e colleghi hanno rilevato che astrociti derivati da iPSC con differenti mutazioni legate a SLA/FTD (SOD1, TARDBP, C9ORF72) presentano livelli molto alti di polifosfato inorganico intracellulare (poliP), un biopolimero carico negativamente e ubiquitario nei tessuti dell’organismo. Da questo dato è stato sviluppato un progetto che ha consentito ai ricercatori di identificare un meccanismo non autonomo dalla cellula di tossicità diretta dei motoneuroni in pazienti di SLA e modelli sperimentali della neurodegenerazione.

(Arredondo C. et al., Excessive release of inorganic phosphate by ALS/FTD astrocytes causes non-cell-autonomous toxicity to motoneurons. Neuron – Epub ahead of print doi:10.1016/j.neuron.2022.02.010, 2022).

La provenienza degli autori è la seguente: Institute for Biomedical Sciences (ICB), Faculty of Medicine & Faculty of Life Sciences, University Andres Bello, Santiago (Cile); CARE Biomedical Research Center, Faculty of Biological Sciences, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago (Cile); Department of Neurology, University of Massachusetts Chan Medical School, Worcester, MA (USA); Millennium Nucleus for Ion Channels-Associated Diseases (MINICAD), Santiago (Cile); Program of Physiology and Biophysics, Institute of Biomedical Sciences, Faculty of Medicine, University of Chile, Santiago (Cile).

Ricordando che fin dal 2010 si conoscono meccanismi comuni a forme sporadiche e familiari[1], Qui di seguito si riporta una sintesi introduttiva alla SLA, tratta da un nostro articolo precedente:

“La sclerosi laterale amiotrofica (SLA o ALS nell’acronimo inglese), descritta per la prima volta dal neurologo francese Jean-Martin Charcot nel 1869, è la forma più comune di malattia del motoneurone dell’età adulta, che evolve rapidamente in pochi anni dall’insorgenza di sintomi quali debolezza ingravescente degli arti, atrofia muscolare e spasticità. L’atrofia e la paralisi muscolare sono la conseguenza della degenerazione dei motoneuroni del midollo spinale e del tronco encefalico, la cui distruzione priva di tono, trofismo e riflessi i muscoli, compromettendo progressivamente le abilità motorie degli arti, la fonoarticolazione e la respirazione. La spasticità, che complica ed aggrava il quadro, è conseguenza della perdita dei neuroni motori della corteccia cerebrale. Infatti, il processo patologico interessa sia i motoneuroni superiori, sia quelli inferiori del sistema nervoso centrale, evolvendo attraverso una serie di stadi che influenzano la dimensione, la forma, il contenuto, il metabolismo e la fisiologia di queste cellule. Non si conoscono ancora le cause della SLA sporadica, che riguarda il 90-95% delle persone colpite, mentre per i casi familiari (5-10%) già in passato sono stati descritti specifici mutanti per almeno quattro forme ereditarie: ALS1, associata a SOD1 (Bruijn et al., 2004; Bruijn et al., 1998; Bowling et al., 1995; Borchelt et al., 1994; Rosen et al., 1993), ALS2 alla alsina (Yamanaka et al., 2003; Hadano et al., 2001; Yang et al., 2001), ALS4 alla senataxina (Chen et al., 2004; Moreira et al., 2004), e un’ultima forma è stata messa in relazione con una mutazione nel gene per una subunità della dinactina (Valee et al., 2004; Puls et al., 2003). Nonostante la bassa incidenza delle forme familiari, lo studio su modelli sperimentali di SLA ereditaria si sta rivelando molto importante per la comprensione della patologia anche delle forme sporadiche.

Si stima che all’incirca il 15-20% dei pazienti con forme ereditarie di tipo autosomico dominante, ossia circa il 2% di tutti i casi di SLA, presenta mutazioni nel gene situato sul cromosoma 21 che codifica l’enzima citosolico rame/zinco superossido dismutasi 1 o Cu/Zn SOD1 o semplicemente SOD1, un polipeptide di 153 aminoacidi che, come omodimero, catalizza la conversione di O2- in O2 e H2O2. La malattia con questa eziologia è denominata sclerosi laterale amiotrofica 1. Sono state descritte più di 100 mutazioni di SOD1 in grado di causare forme autosomico-dominanti; l’unica eccezione nota è l’omozigosi D90A SOD1, che è ereditata come recessiva. Varie mutazioni, sparse lungo la struttura molecolare e non concentrate in prossimità del sito attivo o dell’interfaccia del dimero, conferiscono a questa metalloproteasi una o più funzioni tossiche che compromettono l’integrità dei neuroni motori causando lo sviluppo della degenerazione all’origine di forme familiari della SLA1[2].

Il procedere degli studi ha rivelato altre importanti associazioni per le forme familiari[3]: VAPB, che è un ligando per i recettori Eph, è stato associato a SLA e ad atrofia muscolare spinale (AMS) ad insorgenza tardiva, in varie famiglie brasiliane; mutazioni nel gene OPTN (optineurina) sono state scoperte inizialmente in otto pazienti di SLA giapponesi; mutazioni nel gene della VCP (valosin-containing protein) si ritiene possano essere responsabili dell’1-2% dei casi di SLA familiare[4]; infine, l’associazione con due geni implicati nel metabolismo dell’RNA, ossia TDP-43 e FUS.

Quattro anni fa così si concludeva la recensione della scoperta di un meccanismo TDP-43 mediato comune a SLA e demenza FT: “La patologia del poro nucleare è stata riscontrata nel tessuto cerebrale sia di persone affette dalla forma sporadica di SLA sia di pazienti affetti da patologia causata da mutazioni genetiche in TARDBP e C9orf72[5]. I dati emersi da questo studio, per il cui dettaglio si rimanda alla lettura integrale del testo del lavoro originale, mostrano difetti di trasporto nucleo-citoplasmatico TDP-43-mediati, quale meccanismo patologico comune alla SLA e alla demenza FT”[6].

Ricordiamo anche che il ruolo degli astrociti nella SLA è indagato da molto tempo, e già nel 2011 abbiamo recensito uno studio che aveva identificato nella malattia del motoneurone cellule astrocitarie letali per i motoneuroni: “Attualmente si ritiene che i due principali contrassegni patologici della SLA siano la perdita dei motoneuroni e l’astrocitosi reattiva. Gli astrociti disfunzionali contribuiscono alla patogenesi della malattia, inducendo il danno dei motoneuroni e accelerando la progressione clinica. Non è però noto se la progressione della SLA è associata con l’apparire di uno specifico fenotipo astrocitario con potenziale neurotossico. Pablo Diaz-Amarilla e collaboratori hanno isolato da colture primarie di midollo spinale di ratti sintomatici per la SLA un nuovo tipo cellulare, costituito da un astrocita con elementi fenotipici aberranti. […]I ricercatori sono riusciti ad isolare gli astrociti con fenotipo aberrante, che hanno denominato cellule AbA, dal ceppo di ratti citato, che presenta la mutazione SOD1G93A. L’isolamento si è basato sulla marcata capacità proliferativa e la mancanza di senescenza replicativa che ha consentito un’espansione cellulare oligoclonale per un anno.

È importante notare che le cellule AbA presentavano i comuni markers degli astrociti, incluse la proteina acida della glia fibrillare, la proteina S100β, la glutammina sintetasi e la connessina 43, ma mancavano del trasportatore del glutammato 1 e della glicoproteina NG2, marker dei progenitori gliali.

La sperimentazione ha messo in rilievo una straordinaria proprietà delle cellule isolate: gli astrociti neonatali SOD1G93A sono in grado di indurre la morte dei neuroni motori, ma le cellule AbA secernevano fattori solubili in grado di determinare la morte dei motoneuroni con una potenza 10 volte maggiore[7].

Lo studio di Cristian Arredondo e colleghi ha finalmente identificato nel fosfato inorganico un fattore letale per le cellule nervose di moto del sistema nervoso centrale.

I ricercatori, come si è detto più sopra, hanno rilevato che gli astrociti derivati da iPSC con mutazioni quali SOD1, TARDBP, C9ORF72 responsabili di malattia del motoneurone, presentavano livelli abnormemente elevati del biopolimero a carica negativa poliP. I livelli più alti di questo fosfato inorganico sono anche accresciuti nei media condizionati da astrociti (ACM, astrocyte-conditioned media) SLA/FTD.

Nelle osservazioni sperimentali, la morte dei motoneuroni mediata da ACM poteva essere prevenuta mediante degradazione o neutralizzazione di poliP negli astrociti SLA/FTD o nell’ACM.

Arredondo e colleghi hanno allora cercato verifiche del meccanismo di morte astrocitaria dei motoneuroni mediata dal polifosfato nei pazienti deceduti per SLA. L’indagine post-mortem su casi sia familiari sia sporadici ha rivelato nelle sezioni del midollo spinale, mediante colorazione, un’accresciuta presenza di segni di poliP, e nel fluido cerebrospinale (CSF) una concentrazione abnormemente alta di poliP.

I risultati delle osservazioni condotte da Arredondo e colleghi in vitro stabiliscono un eccesso di poliP derivato dagli astrociti quale fattore critico nella degenerazione motoneuronica non autonoma dalle cellule, e dunque quale responsabile patogenetico della SLA e potenziale bersaglio terapeutico per un trattamento inteso ad arrestare la progressione del processo degenerativo.

Infine, il dato dell’elevata concentrazione di poliP nel liquor, suggerisce la possibilità di adottare il polifosfato quale nuovo biomarker di SLA/FTD.

 

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-19 marzo 2022

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] Uno studio del 2010 ha identificato un meccanismo SOD1-dipendente che sembra essere comune alle forme sporadiche e familiari (v. Note e Notizie 30-10-10 Nella sclerosi laterale amiotrofica (SLA) SOD1 normale e mutante condividono conformazione aberrante e via patogenetica).

[2] Note e Notizie 31-03-12 Nella sclerosi laterale amiotrofica un anticorpo riconosce forme tossiche di SOD1.

[3] Anche fattori angiogenici sono stati associati alla SLA: mutazioni nell’angiogenina (ANG), ad esempio, sono state associate a casi sporadici e familiari della malattia del motoneurone.

[4] Wong P. C., et al. Motor Neuron Diseases in Basic Neurochemistry (Brady, Siegel, Albers, Price, editors-in-chief), Ch. 45, pp. 801-814 (cit. p. 806), AP Elsevier 2012.

[5] Vedi in Note e Notizie 08-10-11 Il difetto genetico responsabile di SLA e DFT identificato sul cromosoma 9p21.

[6] Note e Notizie 20-01-18 Scoperto un meccanismo legato a TDP-43 per la SLA e la demenza FT.

[7] Note e Notizie 29-10-11 Astrociti aberranti e paralisi nella SLA.