NDR1-2 cruciali per salute e degenerazione dei neuroni

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XIX – 10 dicembre 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]

 

La comprensione della natura e della struttura dei processi neurodegenerativi rappresenta una delle sfide più grandi per la ricerca sulle basi patologiche delle malattie. La via oggi seguita dalla massima parte dei progetti di ricerca prende le mosse dai contrassegni patologici specifici per il tipo di malattia e/o dalle ipotesi genetiche su possibili cause o concause. Ma esiste una via meno nota e percorsa nella ricerca di base, che analizza i processi fisiologici nei loro singoli meccanismi, per comprenderne ogni significato e rapporto con le esigenze naturali della cellula, del sistema e dell’organismo e, da questo studio, poter desumere informazioni utili per trovare ciò che è alterato nei processi patologici. A questa seconda impostazione metodologica appartiene lo studio che qui si vuole portare a conoscenza di colleghi, studiosi e studenti.

La macroautofagia, o semplicemente autofagia, è un processo di degradazione di organuli citoplasmatici e proteine sottoposti a ricambio al fine di conservare l’equilibrio omeostatico e l’efficienza dipendente da questo equilibrio, necessario alla sopravvivenza dei neuroni come di ogni altra cellula.

Gli autofagosomi dei neuroni si formano prevalentemente negli assoni e nel compartimento presinaptico, poi sono trasferiti nel soma e, lungo la via, maturano e infine si fondono con lisosomi pienamente competenti del corpo neuronico. È stato accertato che l’alterazione dell’autofagia in topi knockout cervello-specifici Atg7 o Atg5 determina neurodegenerazione, ed è noto che alterazioni nell’autofagia sono presenti in malattie neurodegenerative umane. Si ritiene che l’aumento dell’autofagia possa costituire un promettente indirizzo della ricerca sulla terapia delle malattie neurodegenerative caratterizzate da accumulo di proteine mal-conformate. ATG9A è l’unico componente transmembrana per l’autofagia e agisce nelle fasi iniziali della formazione dell’autofagosoma. Nelle cellule dei mammiferi, ATG9A interagisce temporaneamente col fagoforo e contribuisce alla sua formazione. L’attività di di ATG9A è essenziale per l’autofagia. I geni implicati sia nell’autofagia che nell’endocitosi sono stati implicati nella patologia degenerativa. La perdita di funzione di ATG9A in vivo risulta in ridotta autofagia, evidenziando l’importanza di ATG9A nella formazione degli autofagosomi. La delezione di Atg9a specifica nel cervello murino causa accumulo dell’adattatore di autofagia p62 e di proteine ubiquitinate, e determina il rigonfiamento degenerativo degli assoni, in tal modo collegando la perdita di ATG9A alla neurodegenerazione.

Le chinasi NDR (Nuclear-Dbf-related), NDR1 e NDR2 (o NDR1-2) sono strettamente associate alla famiglia AGC serina/treonina chinasi, enzimi altamente conservati dal lievito ai mammiferi. In vari organismi sono state implicate nella proliferazione cellulare, nell’asimmetria trascrizionale, nella risposta al danno del DNA, nell’immunità innata, nella ciliogenesi, nella “salute” mitocondriale e nello sviluppo delle cellule nervose. Le chinasi NDR1-2 sono state implicate anche nell’autofagia, ma il loro esatto ruolo nello sviluppo dell’encefalo dei mammiferi fino ad oggi non è stato definito; indagando questo ruolo, Flavia Roşianu e colleghi sono riusciti a fornire nuovi elementi di conoscenza che consentono di comprendere come la perdita di funzione di queste chinasi fondamentali per la fisiologia neuronica possa causare neurodegenerazione.

(Roianu F., et al. Loss of NDR1/2 kinases impairs endomembrane trafficking and autophagy leading to neurodegeneration. Life Sciences Alliance – Epub ahead of print doi: 10.26508/lsa.202201712, 2022; Feb. 2023 printed).

La provenienza degli autori è la seguente: Kinases and Brain Development Laboratory, The Francis Crick Institute, London (Regno Unito); Mass Spectrometry Proteomics Science Technology Platform, The Francis Crick Institute, London (Regno Unito); Electron Microscopy Science Technology Platform, The Francis Crick Institute, London (Regno Unito); Molecular Cell biology of Autophagy Laboratory, The Francis Crick Institute, London (Regno Unito); Randall Centre for Cell and Molecular Biophysics, King’s College, London (Regno Unito).

I ricercatori, usando modelli murini di knockout singolo e doppio per Ndr1/2, hanno accertato che soltanto la doppia perdita di Ndr1/2 causa neurodegenerazione. Questo fenotipo era presente quando le entrambe le chinasi NDR erano delete, sia durante lo sviluppo embrionario sia nel topo adulto. Le comparazioni proteomiche e fosfoproteomiche tra cervelli knockout per Ndr1/2 e cervelli di controllo hanno rivelato nuovi substrati delle chinasi e hanno evidenziato che l’endocitosi, in assenza di NDR1-2, è notevolmente compromessa.

Flavia Roşianu e colleghi hanno validato, come nuovo substrato di NDR1-2, Raph1/Lpd1 e hanno dimostrato che entrambi, NDR1-2 e Raph1, sono critici per l’endocitosi e il riciclo di membrana. Nei cervelli knockout per Ndr1/2 i ricercatori hanno rilevato un accumulo del recettore della transferrina, di p62 e di proteine ubiquitinate: segni di una grave alterazione dell’omeostasi delle proteine. Hanno poi registrato che i livelli di autofagosomi LC3-positivi erano ridotti nei neuroni knockout, implicando che la ridotta efficienza dell’autofagia media l’accumulo di p62 e la neurotossicità.

In termini di meccanismi molecolari, l’accentuata mis-localizzazione della proteina transmembrana dell’autofagia ATG9A alla periferia neuronale invalidava il traffico assonico di ATG9A e accresceva i livelli di ATG9A di superficie, confermando ulteriormente i difetti nel traffico di membrana e potendo costituire la causa della compromissione dell’autofagia.

L’insieme dei risultati, per il cui dettaglio si rimanda al testo integrale del lavoro originale, oltre a fornire nuovi elementi sul ruolo delle chinasi NDR1-2 per il mantenimento della salute neuronica, supporta il prosieguo della ricerca lungo questa via per comprendere alcuni aspetti ancora ignoti dei processi neurodegenerativi.

 

L’autore 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”).

 

Giovanni Rossi

BM&L-10 dicembre 2022

www.brainmindlife.org

 

 

 

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