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Ricerche

Probabile legame tra disfunzione mitocondriale e disturbi cognitivi da età

In un topo transgenico, modello del morbo di Alzheimer, degli scienziati dimostrano un legame definitivo tra danni ossidativi ai mitocondri e la disfunzione cognitiva.

Mitochondra close up

L'aumento del danno ossidativo è collegato ai disturbi neurodegenerativi, come il MA. Anche se la fisiopatologia del MA è stata ampiamente studiata, la probabile relazione tra la disfunzione mitocondriale e la malattia rimane in gran parte sconosciuta.


Un team di ricerca guidato dal prof. Koji Fukui del Shibaura Institute of Technology in Giappone ha confermato che la progressione del MA è collegata al danno ossidativo cerebrale, che compromette la funzione cognitiva nei topi transgenici, in modo dipendente dall'età.


La catena di trasporto degli elettroni mitocondriali, che sono richiesti per generare energia durante i processi cellulari, produce anche specie reattive di ossigeno (ROS, reactive oxygen species) che attaccano il tessuto e causano danno ossidativo. Questo danno può causare la disfunzione dei mitocondri e persino portare alla morte delle cellule.


Dal momento che il nostro cervello usa più ossigeno degli altri organi, è più vulnerabile a questo danno da ROS. Secondo la letteratura, le ROS causano anche l'accumulo di amiloide-β (Aβ), che segna l'insorgenza del MA, un grave disturbo neurodegenerativo irreversibile. I trattamenti per il MA non fermano la sua progressione, rendendo quindi necessario lo sviluppo di nuove terapie.


In uno studio precedente, un team di scienziati aveva scoperto che i livelli di ossidazione erano sostanzialmente più elevati nei ratti anziani con carenza di vitamina E rispetto agli animali più giovani. Inoltre, la produzione di ROS tramite ossidazione mitocondriale potrebbe danneggiare le cellule cerebrali, implicando un forte legame tra MA e disfunzione mitocondriale.


Per capirne di più, lo stesso gruppo di scienziati ha dimostrato che la progressione del MA è strettamente associata a danni cerebrali ossidativi. Lo studio, guidato dal prof. Koji Fukui, insieme ai colleghi Naoki Yoshida, Yugo Kato e al prof. Hirokatsu Takatsu, è stato appena pubblicato su Biomedicines.


"Abbiamo dimostrato che l'ossidazione ha influenzato negativamente i mitocondri, e portato alla disfunzione cognitiva", spiega il prof. Fukui, che è l'autore senior dello studio.


Gli scienziati hanno usato tre gruppi di topi con MA, di 3, 6 e 20 mesi, insieme a controlli sani. Per testare le loro abilità cognitive e di coordinamento, i topi sono stati esaminati in due noti esperimenti: il labirinto di acqua Morris e il test su cilindro rotante. I ricercatori hanno scoperto che i topi con MA richiedevano più tempo per completare i loro obiettivi nel labirinto, ma non rallentavano.


Nel test al cilindro rotante, i topi di MA di 6 e 20 mesi sono rimasti sull'asta per un tempo più lungo, mentre i coetanei di controllo hanno smesso prima. Il prof. Fukui spiega:

"La differenza nel tempo di caduta potrebbe essere attribuita alla differenza di peso tra i due gruppi, perché i topi di controllo erano più pesanti dei topi con MA".


Questi risultati hanno suggerito che i topi di MA erano deteriorati cognitivamente, ma non avevano problemi di coordinamento. Per identificare quali proteine ​​correlate al MA erano responsabili di tali compromissioni cognitive, gli autori hanno raccolto campioni di tessuto da varie parti del cervello di entrambi i gruppi di topi e hanno valutato i livelli di marcatori ossidativi nei campioni.


Innanzitutto, hanno scoperto che i topi con MA avevano livelli più alti di Aβ, con un aumento graduale osservato con l'età. Con sorpresa, la proteina Aβ-42 legata al MA era significativamente più alta nell'ippocampo che in altre parti del cervello. Tuttavia, non hanno trovato modifiche nei livelli della proteina TAU, che è un altro marcatore che si accumula nella patologia del MA. Complessivamente, è stato confermato che l'aggregazione di Aβ1-42 nell'ippocampo ha causato un deterioramento cognitivo nei topi con MA.


Il team ha anche ipotizzato che il danno mitocondriale indotto da ROS fosse strettamente correlato alla sopravvivenza dei neuroni. Per convalidare questa ipotesi, hanno determinato i livelli di alcuni enzimi ossidativi mitocondriali principali, come il Nicotinamide-Nucleotide Adeniltransferasi (NMNAT) -3, che mostra effetti antinvecchiamento. Anche se hanno scoperto che il NMNAT-3 era inferiore, i livelli di 3-NT (3-Nitrotirosina), un indicatore di ossidazione più alta, aumentavano con l'età nei topi con MA.


"Con livelli ridotti di NMNAT-3 e livelli più elevati di 3-NT, è evidente che l'ossidazione causa la disfunzione mitocondriale, e alla fine porta alla disfunzione cognitiva"
, commenta il prof. Fukui.


Il team è ottimista sulle potenziali implicazioni di questi risultati, in particolare nell'aumentare l'assunzione di composti antiossidanti che possono aiutare il nostro corpo a mitigare le ROS. Infatti, molti antiossidanti naturali, come le vitamine E e C, possono essere ottenuti da fonti alimentari. Il prof. Fukui conclude:

"Se riuscissimo a proteggere i mitocondri dalle ROS, la funzione mitocondriale e quella cognitiva potrebbero essere mantenute. La ricerca futura dovrebbe concentrarsi sullo sviluppo di indicatori diagnostici per rilevare alterazioni precoci nel cervello, oltre a esplorare composti con elevata attività antiossidante nei mitocondri".

 

 

 


Fonte: Shibaura Institute of Technology (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Naoki Yoshida, Yugo Kato, Hirokatsu Takatsu, Koji Fukui. Relationship between Cognitive Dysfunction and Age-Related Variability in Oxidative Markers in Isolated Mitochondria of Alzheimer’s Disease Transgenic Mouse Brains. Biomedicines, 2022, DOI

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