Alzheimer, tesina

Studio della malattia neurodegenerativa di Alzheimer attraverso le β-amiloidi

Tesina frutto dell’esperienza scuola-lavoro svolta presso il laboratorio di Biochimica e Chimica delle proteine nel dipartimento di Biochimica e Farmacologia molecolare dell’Istituto di Ricerche Farmacologiche “Mario Negri”.

Oteri Tommaso

2013/2014

In primis, ringrazio la scuola e l’istituto di ricerca Mario Negri per l’opportunità che mi è stata data: svolgere uno stage estivo presso uno dei migliori centri di ricerca d’Italia; ringrazio per aver avuto la possibilità di lavorare al fianco di ricercatori professionisti con anni di esperienza alle spalle.

Essi hanno saputo aprirmi gli occhi su un mondo, che, a volte, rimane un po’ oscuro e che per chi osserva non è mai molto chiaro quanto faccia per noi.

Il mio grazie va anche ad Alfredo e Alessandro, i miei responsabili di laboratorio, che mi hanno seguito passo per passo, rispondendo ad ogni domanda e perplessità mi venisse in mente, rendendomi così sicuro e autonomo davanti a strumenti e tecniche a me sconosciute fino ad allora.

Infine il mio grazie più grande va a tutti i summer students che questa estate, come me, hanno passato un’esperienza di lavoro unica; un mese e mezzo nel quale ci siamo accompagnati a vicenda lungo un percorso pieno d’impegno, che a volte, tra attività, lezioni, esperimenti, orari ristretti e un sole che spaccava le pietre ma anche temporali che quando arrivavano non accennavano a finire, poteva risultare ed è risultato faticoso, ma giorno dopo giorno con il sorriso sulle labbra si è rivelato stupendo. 2

La malattia di Alzheimer

Il dipartimento di biochimica e farmacologia molecolare si occupa dello studio della malattia neurodegenerativa di Alzheimer: questa ha un decorso cronico progressivo e colpisce circa il 5% della popolazione sopra i 65 anni, mentre secondo le ultime stime circa il 20% della popolazione occidentale ultraottantacinquenne ne è affetta.

La malattia prende il nome dal neurologo tedesco Alois Alzheimer che nel 1907 ne descrisse per primo le caratteristiche.

Il tessuto cerebrale dei soggetti da lui osservati presentava una riduzione in numero delle cellule nervose e la presenza di placche senili visibili anche a occhio nudo.

Negli anni, grazie allo sviluppo di tecniche di colorazione e osservazione al microscopio, si è dedotto che le placche sono originate da accumuli proteici non degradabili e insolubili (β-amiloidi).

Corteccia cerebrale

Esse sono prodotte a causa di un’alterazione del metabolismo di una proteina, denominata APP (Amyloid Precursor Protein), che portano alla formazione di una sostanza con effetti neurotossici (β-amiloide).

Appunto la β-amiloide

Accumulandosi lentamente nel cervello del soggetto, le β-amiloidi provocano un deterioramento irreversibile di tutte le funzioni cognitive superiori, quali la memoria, il ragionamento e il linguaggio, fino a compromettere l’autonomia funzionale e la capacità di compiere le normali attività quotidiane del soggetto affetto dalla patologia.

Colorazione ottenuta con (D)

Aβ 1-6A2V-TAT-Biotinilato

Recentemente si è dimostrato che i sedimenti di β-amiloidi iniziano ad essere presenti nel cervello dei soggetti con Alzheimer già dallo stadio iniziale, fase in cui il soggetto non presenta ancora a pieno tutti i sintomi caratteristici della patologia: per questo motivo si stanno sviluppando tecniche per l’identificazione delle placche e della loro successiva eliminazione già durante la fase precoce della malattia, così da poter potenzialmente prevenire o ritardare gli effetti dovuti al decorso verso lo stadio finale, aprendo così la strada a possibili nuove terapie volte al miglioramento della qualità della vita del paziente per un lasso di tempo maggiore. 3

Le proteine amiloidee

La produzione di proteine amiloidee avviene normalmente anche nel cervello di soggetti sani: infatti la produzione di queste proteine sembra essere un processo fisiologico nel nostro corpo ma, per motivi non ancora ben noti, nei soggetti che svilupperanno la malattia il processo di degradazione delle APP col passare degli anni subisce un significativo acceleramento, causando quindi i tipici accumuli nel tessuto.

Le proteine amiloidee sono di diversa natura e non vengono prodotte solo a livello del cervello, ma anche in alcuni organi del nostro corpo, e a seconda del tessuto colpito, si ha la manifestazione di diverse malattie definite generalmente amiloidosi.

Le amiloidi a livello tissutale sono composte, come nel cervello, da frammenti o intere proteine normalmente solubili, che a causa di errori di assemblaggio si sono depositate nello spazio extracellulare come fibrille insolubili, le quali accumulandosi distruggono la struttura e compromettono la funzione di organi e tessuti, causando l’insorgenza della patologia.

Le amiloidi prodotte, pur essendo di natura diversa, presentano caratteristiche peculiari comuni:

• Conformazione a β-foglietto
• Insolubilità delle fibrille di amiloide nei normali solventi fisiologici
• Resistenza alla digestione proteolitica

Per questo motivo l’amiloidosi non può essere definita un’unica malattia, ma un gruppo di malattie che hanno in comune il deposito di proteine simili. 4

Accumulo delle proteine amiloidee

Le proteine male assemblate sono normalmente degradate all’interno della cellula a livello dei proteosomi, o all’esterno della cellula per azione dei macrofagi; nell’amiloidosi questo meccanismo di rimozione fallisce portando così ad un progressivo accumulo di queste proteine errate.

Le proteine amiloidee possono creare accumuli a tre livelli diversi:

1. A livello del nucleo;
2. A livello del citoplasma;
3. A livello extracellulare.

Ad oggi la causa e gli errori che portano alla formazione di queste proteine non è ben nota; per questo motivo sono state sviluppate diverse metodologie volte a simularne gli effetti in vitro e in vivo. Uno dei modelli più semplici per lo studio della malattia di Alzheimer prevede la sintesi di β-amiloidi sintetiche per determinarne caratteristiche e meccanismi di azione. 5

Struttura delle β-amiloidi

Le β-amiloidi sono proteine molto corte (42 amminoacidi) con un peso molecolare ridotto:

Asp-Ala-Glu-Phe-Arg-His-Asp-Ser-Gly-Tyr-Glu-Val-His-His-Gln-Lys-Leu-Val-Phe-Phe-Ala-Glu-

D A E F R H D S G Y E V H H Q K L V F F A E

Asp-Val-Gly-Ser-Asn-Lys-Gly-Ala-Ile-Ile-Gly-Leu-Met-Val-Gly-Gly-Val-Val-Ile-Ala

D V G S N K G A I I G L M V G G V V I A

Questo tipo di proteine sono definite peptidi, ovvero qualsiasi composto formato da due (dipeptide), pochi (oligopeptide) o molti (polipeptide) aminoacidi, legati tra di loro tramite condensazione di un gruppo carbossilico (–COOH) di un aminoacido con il gruppo amminico (–NH₂) del successivo, attraverso un tipo particolare di legame ammidico detto legame peptidico (–NH–CO–).

Queste piccole catene proteiche hanno sempre una massa inferiore ai 10 000 Dalton e sono costituite da un numero compreso fra i 2 e gli 80 amminoacidi.

Nel nostro corpo i peptidi vengono sintetizzati a livello dei ribosomi, organuli cellulari specializzati nella sintesi proteica.

Sintesi proteica

Fase 1: nel citosol ogni amminoacido si lega in modo covalente allo specifico tRNA

Fase 2: l’mRNA si lega all’unità inferiore del ribosoma, permettendo l’aggancio del tRNA che porta l’amminoacido di inizio relativo alla specifica tripletta (AUG).

Fase 3: il tRNA porta nell’esatto ordine gli amminoacidi grazie al corretto appaiamento