Scoperte sulla segnalazione affascinante e poco nota della galanina

 

 

LUDOVICA R. POGGI

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XIX – 28 maggio 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]

 

Quando, nei primi anni delle pubblicazioni della Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia su questo sito abbiamo proposto tra le schede molecolari quella della galanina, abbiamo ricevuto messaggi di approvazione e incoraggiamento a proseguire da parte di colleghi che sottolineavano l’assoluta mancanza di quelle nozioni dalla trattatistica universitaria corrente. A tanti anni di distanza, anche se il rilievo di questa via di segnalazione nel dolore neuropatico, nel sonno, nell’equilibrio energetico, nell’epilessia e nella depressione è ormai nozione corrente, il suo studio rimane ancora un ambito poco frequentato, e per questo speriamo di fare cosa gradita ai lettori nel comunicare tempestivamente le nuove acquisizioni che Wentong Jiang e Sanduo Zheng propongono online prima della stampa su PNAS USA.

I due biochimici hanno innanzitutto scoperto un modo di legame della galanina ai recettori diverso da quello fin qui pubblicato, in termini di strutture dei GPCR legati al peptide, poi hanno accertato che lo ione zinco, nella sua attività neuromodulatoria, regola negativamente la segnalazione della galanina nel sistema nervoso centrale e hanno valutato la possibilità che le nuove acquisizioni possano consentire interessanti applicazioni terapeutiche.

(Wentong Jiang & Sanduo Zheng, Structural insights into galanin receptor signaling. Proceedings of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.2121465119, 2022).

La provenienza degli autori è la seguente: Sanduo Zheng Laboratory, National Institute of Biological Sciences, Beijing (Cina); Department of Biochemistry and Molecular Biology, Graduate School of Peking Union Medical College, Beijing (Cina).

La galanina, identificata per la prima volta in estratti intestinali suini nel 1978 da Viktor Mutt e colleghi del Karolinska Institute (Svezia)[1], è un peptide di 30 aminoacidi nell’uomo (29 in altri mammiferi) con formula C146H213N43O40, codificato dal gene GAL[2] come preprogalanina (123 aa.), proteina dalla quale il peptide è prodotto per clivaggio[3]. Attraverso il legame con tre distinte classi di recettori, agisce modulando o inibendo i potenziali d’azione dei neuroni, esplicando l’azione prevalentemente attraverso un meccanismo inibitorio di iperpolarizzazione, che impedisce il rilascio di altri neurotrasmettitori.

Le co-localizzazioni con altri mediatori sono così frequenti da aver fatto ipotizzare che siano costanti, anche quando non si riesce a dimostrarle, e si hanno tanto con i trasmettitori eccitatori classici, quali ACh, 5-HT e NA, quanto con molecole peptidiche a prevalente azione neuromodulatoria, quali peptide Y, sostanza P e VIP.

Vari studi hanno rilevato la sua partecipazione a numerosi processi del massimo rilievo per la fisiologia dell’organismo, quali la regolazione del sonno e della veglia, dell’umore, dell’alimentazione, del metabolismo energetico e della pressione arteriosa; altri studi hanno dimostrato il suo ruolo nella risposta analgesica al dolore neuropatico, l’intervento in essenziali processi cognitivi, oltre che ruoli nello sviluppo e in qualità di fattore trofico. Si ritiene che i neuroni rilascianti galanina nell’area preottica mediale dell’ipotalamo governino il comportamento genitoriale verso la prole.

La partecipazione della galanina ai processi patologici di numerose e importanti malattie è ancora oggetto di studio, ma non è più in discussione: nella neurodegenerazione della malattia di Alzheimer, nella fisiopatologia del cancro, nei disturbi dell’alimentazione, quali anoressia e bulimia di origine cerebrale anche se sviluppate attraverso dinamiche psicologiche, nella depressione e in altri disturbi associati ad alterazione del tono dell’umore, e infine negli stati di dipendenza (addiction) da sostanze psicotrope di abuso, è stata dimostrata la partecipazione della sua via di segnalazione.

È stata attribuita alla galanina un’attività neuroprotettiva, in quanto il danno del neurone del sistema nervoso periferico, costituito dalla sezione dell’assone, accresce la sua biosintesi di 2-10 volte, così come accade nel cervello quando si sviluppano delle crisi epilettiche. Alcune evidenze depongono a favore di un suo ruolo nella neurogenesi.

Di passaggio si ricorda che il peptide galanina è stato il primo ad essere identificato di una famiglia di 4 peptidi: la GMAP (galanin message associated protein), che origina dallo stesso precursore ma è lungo 50 o 60 aa., e poi l’alarina e il GALP (galanin-like peptide) che originano dal gene prepro-GALP.

La segnalazione della galanina richiede il legame a tre differenti classi di recettori: GALR1, GALR2 e GALR3, che sono parte della superfamiglia dei recettori accoppiati a proteine G (GPCR)[4]. Oltre che nel sistema nervoso centrale, questi tre recettori sono espressi nel pancreas e sulle membrane di cellule neoplastiche di tumori solidi. GALR1 e GALR3 segnalano attraverso la via Gi/o, mentre GALR2 segnala mediante la via Gq/11. Fino allo studio di Wentong Jiang e Sanduo Zheng, le basi molecolari del riconoscimento della galanina e la selettività delle proteine G dei recettori GAL rimanevano ancora sostanzialmente oscure.

I due ricercatori hanno ottenuto e riportato la struttura criomicroscopica dei complessi GALR1-Go e GALR2-Gq legati con ligando endogeno galanina o spexina. Il peptide galanina principalmente adotta una struttura ad α-elica che si lega al vestibolo extracellulare del recettore, quasi parallelamente al piano della membrana, senza penetrare profondamente nel “core” della molecola recettoriale.

L’analisi strutturale, combinata con studi funzionali, ha rivelato importanti determinanti strutturali della selettività delle proteine G dei recettori GAL, così come dell’altra classe A di GPCR.

Wentong Jiang e Sanduo Zheng hanno poi accertato che lo ione Zn++ è un regolatore allosterico negativo di GALR1 ma non di GALR2.

In conclusione, lo studio dei due biochimici cinesi ha fornito precise nozioni sui meccanismi di selettività delle proteine G dei GPCR e ha evidenziato una potenziale funzione dello ione neuromodulatore Zn++ quale modulatore della segnalazione GPCR nel sistema nervoso centrale. Infine, i due ricercatori suggeriscono che le strutture da loro definite potranno fornire una base per il disegno razionale di ligandi per i GALR da sperimentare quali nuovi farmaci.

 

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”).

 

Ludovica R. Poggi

BM&L-28 maggio 2022

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] Gli stessi ricercatori determinarono la struttura della galanina nel 1983 e il cDNA della galanina fu clonato nel 1987.

[2] Evans H. et al., Genomic organization and localization of the gene encoding human preprogalanin. Genomics 18 (3): 473-477, 1993.

[3] Il gene GAL è ampiamente espresso nell’encefalo, nel midollo spinale e nell’intestino dei mammiferi in generale e dell’uomo in particolare. La localizzazione è sul cromosoma 11 nell’uomo e sul cromosoma 19 nel topo.

[4] Si ricorda che nel meccanismo d’azione di oltre il 60% dei farmaci attualmente prescritti c’è il legame a GPCR.