Folding proteico e patologie da scorretto ripiegamento

INTERMEDIATE NATIVE-LIKE, più vicini allo stato nativo, che si chiamano e così si formano aggregati più ordinati.

A volte però questi aggregati, sia disordinati che più ordinati, sia vicini a stato nativo che non, possono evolvere verso strutture organizzate, le FIBRILLE AMILOIDI.

Queste fibrille amiloidi possono derivare da aggregati derivanti a loro volta da intermedi del processo di folding che non sono correttamente eliminati dal sistema di protezione cellulare.

QUESTE FIBRILLE AMILOIDI SONO PIÙ STABILI DELLO STATO NATIVO.

Confrontando l'energia libera dello stato nativo con quella delle fibrille amiloidi, quest'ultime sono stati con energia libera inferiore e perciò più stabili dello stato nativo.

Le fibrille amiloidi hanno una struttura precisa e ricorrente, indipendentemente dalla proteina che va incontro a fibrillo genesi (indipendente sequenza amminoacidica proteina da conformazione tridimensionale delle fibrille amiloidi).

Alcuni aggregati,

comunque, non sempre si conformano secondo la conformazione di amiloide, ma rimangono come aggregati fibrillari non amiloidi, che sono comunque sempre più stabili dello stato nativo.

Quando si formano in modo massivo queste fibrille amiloidi o aggregati fibrillari non amiloidi, si può incorrere nell'insorgenza di alcune patologie, dette MISFOLDING DISEASE o PROTEIN CONFORMATIONAL DISEASE.

PROTEIN CONFORMATIONAL DISEASE, sono patologie che derivano da un errato folding della proteina che può comportare o meno formazione di aggregati fibrillari o di fibrille amiloidi.

Possiamo distinguere diverse classi di situazioni patologiche:

1. DIMINUITA EFFICIENZA DI FOLDING:

Patologie derivanti da di tutte le proteine che escono dal ribosoma soltanto alcune raggiungono lo stato nativo, mentre una porzione di queste non riesce a raggiungere il corretto folding. Le proteine non foldate correttamente non andranno a formare aggregati fibrillari, ma verranno eliminate e degradate.

Quindi in questa patologia non c'è una quantità sufficiente di proteina funzionale perché non tutte riescono a raggiungere corretto ripiegamento. Una patologia appartenente a questa classe è la FIBROSI CISTICA. 2. SCORRETTO FOLDING: Malattie la cui proteina va incontro a folding scorretto. In questo caso vi è un'interferenza con il normale processo di folding e gli effetti di questo folding scorretto sono duplici. Il primo è che a livello della sede di origine questo processo di folding alterato porta alla formazione di aggregati fibrillari, che possono precipitare dentro la cellula ed essere tossici per questa; il secondo è che la proteina, sotto forma di aggregato fibrillare non solubile, non riesce ad essere trasportata nella sede finale e quindi anche nella sede finale si avrà una limitazione funzionale dovuta all'assenza della proteina nel suo sito target. Una patologia di questo tipo è l'ENFISEMA DEPOSIZIONE DI FIBRILLE AMILOIDI. 3.Malattie in cui vi è in questo caso si unapatologia da misfolding con la formazione e il deposito di fibrille amiloidi, chesi possono localizzare in diversi tessuti. Si potranno avere o patologie damisfolding localizzate o una patologia da misfolding sistemiche, cheinterferiscono con la funzionalità di vari tessuti. Un esempio di questaMALATTIA DIpatologia che determina l'accumulo di fibrille amiloidi è laALZHEIMER, una malattia neuropatica.

1. LA FIBROSI CISTICA

Questa malattia fa parte della prima classe delle "protein misfolding disease":DIMINUITA EFFICIENZA DI FOLDING. Nella fibrosi cistica, la proteina che subisce un'alterazione nel suo processo diCFTR, REGOLATORE TRANSMEMBRANA DELLA CONDUTTANZA DELLA FIBROSIripiegamento è laCISTICA. Questo CFTR è un trasportatore di membrana presente a livello delle ghiandoleesocrine, con la funzione di spingere fuori dalla cellula ioni cloruro e questaestrusione.

determina fuoriuscita anche di acqua (ione cloruro tira dietro di sé h2o). Il CTFR è perciò questo regolatore transmembrana che trasportando il cloro ha la funzione di prodotto dalla ghiandola esocrina. La fibrosi cistica è una patologia a carattere genetico derivante spesso dalla DELEZIONE DI UN AMMINOACIDO. Questa delezione è dovuta ad una mutazione a livello genetico e colpisce soprattutto l’amminoacido FENILALANINA 508. Questo amminoacido è un residuo fondamentale per guidare il processo di folding proteico. La proteina CFTR ha localizzazione transmembrana e dovrà così entrare all’interno del reticolo endoplasmatico per la maturazione (perché non è una proteina citosolica). Se la proteina è una “wild type” questa riesce a maturare in modo adeguato durante il suo percorso e ad essere localizzata a livello della membrana. Ma se la proteina subisce

Questa delezione sulla fenilalanina 508 (riguarda solo alcune copie della proteina) e così non raggiunge il suo corretto folding e viene degradata dal proteasoma in seguito ad eccessivi tentativi di raggiungere il corretto ripiegamento.

SCARSA PRESENZA DELLA PROTEINA

I pazienti affetti da fibrosi cistica avranno così una FUNZIONE ALTERATA a livello della membrana plasmatica (non tutte le proteine CFTR raggiungono il corretto folding, ma alcune no e perciò rimane una quantità inferiore di proteina funzionante). Questo comporta una minore estrusione di cloro e poca idratazione della secrezione prodotta dalla ghiandola esocrina (cftr espresso da tutte le ghiandole esocrine, ma solo in alcune è poco funzionale).

MUCOVISCIDOSI

Questa patologia viene chiamata anche "mucoviscidosi" perché comporta un accumulo di muco vischioso, non correttamente idratato, che non gli permette di svolgere la sua funzione.

Questo muco vischioso si accumula a livello dei dotti delle ghiandole esocrine provocando l'ostruzione dei dotti ed

una dilatazione dei dotti ghiandolari. La fibrosi cistica è una malattia sistemica perché il CFTR è localizzato a livello di diverse ghiandole esocrine, come a livello dei seni nasali, dei polmoni (zona bronchi causando ostruzione, patologia polmonare cronica), delle ghiandole sudoripare della pelle, del fegato, del pancreas e dell'intestino (problemi di malassorbimento), delle gonadi: diversi tessuti subiscono l'effetto negativo di questa malattia.

MALATTIA DAL SUDORE SALATO, Spesso viene definita anche come la "malattia del sudore salato", perché influenza anche il prodotto delle ghiandole sudoripare, che non correttamente idratato ha una forte concentrazione salina a livello del sudore.

SCARSA PRESENZA DI PROTEINE FUNZIONALI. Questa patologia da misfolding è perciò dovuta ad una scorretta livello di folding.

2. ENFISEMA PRECOCE. Questa malattia fa parte della seconda classe delle "protein misfolding disease": malattie da misfolding con uno scorretto livello di folding.

L'enfisema precoce è una patologia da misfolding.

causata da un folding scorretto di una proteina che comporta sia la formazione di aggregati nelle sedi in cui la proteina viene sintetizzata, sia un mancato raggiungimento dei tessuti target. La proteina coinvolta in questa patologia è α-1-antitripsina, una proteina prodotta dalle cellule epatiche, che però non agisce a livello del fegato (sede di produzione), ma agisce a livello polmonare. La proteina è perfettamente solubile nel momento in cui viene prodotta dal fegato, raggiunge i polmoni, qui svolge la sua attività nei confronti dell'enzima elastasi neutrofila. Questo enzima, elastasi neutrofila, è normalmente prodotta dai neutrofili a livello degli alveoli polmonari ed ha la funzione di degradare l'elastina, per garantire la giusta elasticità all'alveolo polmonare. L'azione dell'enzima elastasi è controllata dall' α-1-antitripsina, che fa da inibitore per questo enzima, per permettergli di

degradare in modo controllato l'elastina.α-1-antitripsina

Quando la proteina subisce un'alterazione a livello del processo del folding si formano degli aggregati a livello epatico che precipitano nella cellula epatica causando tossicità; oltre a questo però la proteina in forma di aggregati risulta insolubile e non riesce così a raggiungere i polmoni e non potrà effettuare controllo inibitorio dell'enzima elastasi che degrada in modo incontrollato l'elastina, causando la formazione di buchi a livello degli alveoli polmonari che compromettono la respirazione.

A causa di questo misfolding si ha perciò tra le conseguenze una tossicità a livello degli epatociti, che può indurre fino ad una cirrosi epatica, e un'incontrollata degradazione dell'elastina con la formazione di fori a livello polmonare con problemi respiratori.

3. MALATT IA DI ALZHEIMER

Questa malattia fa parte della terza e ultima classe delle

“protein misfolding disease”: malattie da misfolding con una deposizione di aggregati fibrillari insolubili, le fibrille amiloidi.

La malattia di Alzheimer è una patologia da misfolding causata dalla deposizione di aggregati fibrillari che si possono generare a partire da proteine di diversa natura, ma che presentano la stessa struttura indipendentemente da proteina da cui provengono.

Le fibrille amiloidi hanno una struttura precisa, formata da 4 protofilamenti associati lateralmente tra loro con andamento elicoidale, con ogni protofilamento β formato da 2 foglietti paralleli associati tra loro.

Si riconoscono le fibrille amiloidi perché hanno la caratteristica di reagire con un CONGO RED, colorante diagnostico, e si riescono a rivelare anche tramite analisi NMR mediante spettroscopia.

Si hanno molte patologie associate alla formazione di fibrille amiloidi, che si formano per lo più in sede extracellulare, solo a volte intracellulare.

Si distinguono:

AMILOIDOSI patologie che coinvolgono un tessuto soltanto e si dicono LOCALIZZATE AMILOIDOSI SISTEMICHE

2. patologie in cui sono coinvolti più tessuti e sono dette NON NEUROPATICHE.

1. AMILOIDOSI LOCALIZZATE

Per quanto riguarda le amiloidosi localizzate: PATOLOGIE

• se è coinvolto il tessuto nervoso centrale si parla di NEURODEGENERATIVE DA FIBRILLOGENESI. AMILOIDOSI
• Se invece il tessuto in questione non è quello nervoso si parla di LOCALIZZATE NON NEUROPATICHE.

La malattia di Alzheimer rientra nelle patologie neurodegenerative da fibrillogenesi NON CORRETTO FOLDING DEL ed è dovuto alla deposizione di fibrille amiloidi a causa del PEPTIDE AMILOIDE.β β