Musarò: «Individuato il meccanismo molecolare responsabile dello smantellamento delle giunzioni neuromuscolari (NMJ)». Una scoperta che apre nuove speranze per gli ammalati di SLA

Il prof. Antonio Musarò è un figlio di Puglia, docente e ricercatore dell’Università Sapienza di Roma. In questo suo articolo ci spiega il valore di una scoperta del suo gruppo di ricerca. Scrive:

Parlare di Sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è sempre molto difficile; perché difficile è la diagnosi, difficile è la cura e difficili sono i numeri da accettare per questo “mostro a più teste”.

Tuttavia, negli ultimi anni, la ricerca sulla SLA ha fatto notevoli passi avanti, permettendo di arrivare ad una maggiore comprensione dei potenziali meccanismi patogenetici della malattia stessa, e quindi fornire nuovi possibili bersagli terapeutici

L’ultima scoperta del nostro gruppo di ricerca rileva che all’origine della SLA ci possa essere un “errore” di comunicazione tra muscolo e nervo.

Ma andiamo per ordine.

La SLA colpisce ogni anno circa tre individui ogni centomila abitanti. Attualmente sono circa 5.000 i malati di SLA in Italia e in media si contano tre nuovi casi di SLA al giorno. Osservando le statistiche, nessuna regione d’Italia e paese al mondo è immune da questa subdola malattia. La SLA ha fatto breccia nell’opinione pubblica perché non risparmia nemmeno gli sportivi. L’incidenza di SLA nei calciatori è cinque volte superiore al resto della popolazione. Tra le ipotesi formulate microtraumi, esposizione a pesticidi e fertilizzanti in uso su campi sportivi e non per ultimo il doping.

La SLA è una malattia degenerativa che porta a una perdita graduale dei motoneuroni, le cellule del sistema nervoso che impartiscono ai muscoli il comando di movimento. Le persone affette da SLA perdono progressivamente la capacità di articolazione del linguaggio, di deglutizione e la funzionalità dei muscoli scheletrici fino ad una paralisi generalizzata che nelle fasi terminali coinvolge i muscoli respiratori. Gli unici muscoli non interessati dalla malattia sono quelli oculari, della vescica e delle funzioni intestinali.

Esistono due forme principali di SLA, quella definita sporadica e quella ereditaria. La maggior parte dei casi di SLA non ha una ben definita componente genetica e viene definita sporadica. Una percentuale oscillante dal 5 al 10% è invece di origine ereditaria e si parla di SLA familiare, il cui 20% dei casi è determinato dalla mutazione del gene che codifica per l’enzima Superossido dismutasi-1 (SOD-1), uno “spazzino” molecolare deputato alla detossificazione delle cellule dall’accumulo dei pericolosi radicali liberi. Quando però la proteina è mutata (sono state caratterizzate più di 120 mutazioni diverse dello stesso gene che causano la SLA) diventa tossica, danneggiando le cellule e i tessuti. Più recentemente sono stati descritti altri geni che se mutati causano la SLA.

Purtroppo la SLA è anche una malattia complessa perché non esiste una singola causa scatenante. Diversi fattori, sia genetici che ambientali, possono concorrere a determinarla, come ad esempio la tossicità del glutammato, lo stress ossidativo, l’aggregazione di proteine o disfunzioni in alcuni organelli citoplasmatici chiamati mitocondri. Nonostante ciascuno di questi meccanismi tossici sia in grado di indurre delle alterazioni cellulari, nessuno di essi è in grado di ricapitolare la complessità patologica della SLA. Inoltre, gli scarsi risultati ottenuti con la terapia convenzionale (Riluzolo) sono la riprova di una conoscenza ancora incompleta delle basi molecolari e cellulari della malattia.

Ci sono quindi dei lati oscuri della malattia che devono essere svelati. Fino a poco tempo fa, la comunità scientifica concordava sul fatto che la SLA colpisse esclusivamente i motoneuroni. Recentemente, però, questo “dogma” ha cominciato a scricchiolare: è diventato sempre più chiaro infatti che il danno riguarda anche altri tessuti e cellule, come per esempio la glia – l’insieme delle cellule che forniscono nutrimento e supporto ai neuroni- e i muscoli.

Il nostro gruppo di ricerca ha contribuito a fare ulteriore chiarezza sui bersagli cellulari della proteina tossica. Abbiamo infatti recentemente dimostrato che i muscoli volontari sono bersagli primari della mutazione del gene SOD-1. Ciò significa che la malattia potrebbe anche partire dai muscoli e, attraverso un meccanismo definito “dying-back”, portare ad una alterazione delle giunzioni neuromuscolari e del motoneurone.

Proprio su questo fronte si inserisce l’ultima scoperta del nostro gruppo di ricerca. Abbiamo individuato il meccanismo molecolare responsabile dello smantellamento delle giunzioni neuromuscolari (NMJ) che si verifica non solo nella SLA, ma anche in molte patologie e alterazioni patologiche, come le distrofie muscolari e l’invecchiamento.

Le giunzioni neuromuscolari sono la regione di comunicazione tra muscolo e nervo e rappresentano un vero e proprio ponte funzionale; infatti, ricevendo input fisiologici e patologici dai due tessuti, muscolo e nervo, consentono agli stessi di funzionare e comunicare in modo corretto.

Nel quadro degli studi finora condotti, volti principalmente all’individuazione dei meccanismi patogenici caratterizzanti della SLA, rimaneva irrisolto il problema se lo smantellamento delle NMJ fosse un evento riconducibile direttamente a livello delle cellule nervose (neuroni motori) o se possa verificarsi indipendentemente dalla loro degenerazione.

Il nostro studio ha tentato di rispondere a questa domanda e abbiamo realizzato un modello sperimentale (un topolino geneticamente modificato) nel quale è stata indotta un’alterazione genica – simile a quella che si verifica nei pazienti affetti da SLA familiare – selettivamente nei muscoli, quindi senza coinvolgere i neuroni motori. L’obiettivo era quello di indagare se una alterazione che parte dal muscolo potesse compromettere il “mantenimento” della giunzione neuromuscolare e quindi la comunicazione muscolo-nervo.

Abbiamo dimostrato che una alterazione del muscolo scheletrico induce uno smantellamento della giunzione neuromuscolare. Abbiamo quindi individuato il meccanismo molecolare alla base dello smantellamento e scoperto che questo dipende dall’attivazione di una proteina chinasi, conosciuta come PKC theta.

Conseguentemente, un suo “silenziamento” farmacologico ha permesso di preservare le giunzioni neuromuscolari e di promuovere un mantenimento della massa e forza muscolare nei topolini trattati.

Da comprimario a coprotagonista: il muscolo scheletrico si rivela quindi tra i bersagli principali della proteina tossica responsabile di buona parte delle forme ereditarie di SLA.

I risultati quindi che abbiamo ottenuto con i nostri studi, supportati poi anche da altri gruppi di ricerca, dimostrano che l’espressione localizzata del gene mutato SOD1 nei muscoli volontari dei topolini induce atrofia muscolare associata con una significativa riduzione della forza muscolare, alterazione dell’organizzazione sarcomerica e danno mitocondriale. Accanto a questo, il risultato più interessante è stato dimostrare che l’espressione muscolo specifica della SOD1 mutata è sufficiente ad indurre i segni pre-sintomatici della SLA a livello delle giunzioni neuromuscolari e del midollo spinale, quali attivazione della microglia e di citochine infiammatorie, che normalmente precedono la degenerazione dei motoneuroni.

Il nostro lavoro supporta il concetto del “dying back” per cui una alterazione a livello periferico può portare all’attivazione di meccanismi degenerativi nei neuroni motori e propone un nuovo approccio terapeutico, per trattare la SLA e patologie neuromuscolari, attivando un processo di “saving back”.

Le nostre ricerche hanno rappresentato una svolta importante nella comprensione della SLA, la quale possiamo oggi considerare come una malattia multisistemica, che non riguarda soltanto i motoneuroni, ma che può coinvolgere direttamente anche altri tessuti (come la glia e il muscolo, appunto). È in questa nuova ottica, dunque, che bisogna cominciare a sviluppare approcci terapeutici combinati, che aggrediscano la malattia da più fronti.

Questo studio si è potuto realizzare grazie soprattutto ai finanziamenti di Fondazione Roma, IIT-Sapienza, Istituto Pasteur-Italia ed in parte da Telethon e allo sforzo sinergico di collaboratori scientifici. Determinante è stato il contributo di tanti giovani ricercatori, soprattutto di Gabriella Dobrowolny, Martina Martini e Carmine Nicoletti del mio gruppo di ricerca e la collaborazione attiva dei gruppi di ricerca di Marco Sandri (Università di Padova), Feliciano Protasi (Università di Chieti-Pescara), Bianca Maria Scicchitano (Università Cattolica di Roma) e Rudi Rudolf (Università di Heidelberg, Germania).

Antonio Musarò (Professore di Istologia, embriologia e biotecnologie cellulari; Sapienza Università di Roma)

Figura

Rappresentazione schematica che descrive le cellule e i tessuti bersaglio della tossicità della proteina mutante SOD1. La proteina SOD1 mutata (stelle rosse) può causare alterazioni morfologiche e funzionali nelle cellule e nei tessuti dove viene espressa. È probabile che una cellula / tessuto danneggiata possa avere un impatto negativo su altri tipi di cellule (frecce verdi); quindi una combinazione di danni a diversi tipi di cellule (ossia neuroni motori, glia, muscolo) agiscono sinergicamente per propagare e aggravare la malattia (Schema modificato da Understanding ALS: new therapeutic approaches; Musarò, Febs J. 2013).

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Redazione
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