Ricerche

Un nuovo studio del MIT rileva che le microglia con la proteina Trem2 mutante riducono le connessioni dei circuiti cerebrali, promuovono l'infiammazione e contribuiscono alla patologia di Alzheimer in altri modi.

La colorazione verde di una proteina associata alle sinapsi è notevolmente più luminosa in un topo che ha ricevuto microglia umana sana ('Control') rispetto a un topo che ha ricevuto microglia mutante ('TREM2 R47H/+).

Una mutazione genetica rara, ma potente, che altera una proteina nelle cellule immunitarie del cervello, chiamate microglia, può triplicare il rischio di sviluppare il morbo di Alzheimer (MA). Un nuovo studio di ricercatori del Picower Institute for Learning and Memory del MIT di Boston spiega in dettaglio come la mutazione mina la funzione delle microglia, e spiega come sembra generare quel rischio più alto.

"Questa mutazione TREM2 R47H/+ è un fattore di rischio piuttosto importante per il MA", ha dichiarato il primo autore dello studio Jay Penney, ex postdottorato nel laboratorio della prof.ssa Li-Huei Tsai e ora professore associato alla University of Prince Edward Island. "Questo studio aggiunge prove chiare che la disfunzione delle microglia contribuisce al rischio di MA".

Nello studio pubblicato su Glia, il team di Tsai e Penney mostra che le microglia umane con la mutazione R47H/+ nella proteina TREM2 hanno diversi deficit collegati alla patologia di MA. Le microglia mutanti sono soggette a infiammazione, rispondono peggio alla lesione dei neuroni e sono in difficoltà a eliminare i detriti dannosi, inclusa la proteina amiloide-beta caratteristica del MA. E quando gli scienziati hanno trasferito le microglia umane mutanti TREM2 nel cervello di topi, gli animali hanno subito un declino significativo del numero di sinapsi (connessioni) tra i neuroni, una riduzione che compromette i circuiti che realizzano funzioni cerebrali come la memoria.

Lo studio non è il primo a chiedersi come la mutazione TREM2 R47H/+ contribuisce al MA, ma potrebbe migliorare la comprensione della malattia, ha detto Penney. Gli studi precedenti avevano suggerito che la mutazione semplicemente deruba la proteina della sua funzione, ma la nuova evidenza dipinge un quadro più profondo e sfaccettato. Sebbene le microglia presentino una ridotta eliminazione dei detriti e una minore risposta alle lesioni, diventano iperattive in altri modi, per esempio con infiammazione eccessiva e potatura delle sinapsi.

"C'è una perdita parziale di funzione ma anche un guadagno di funzione per certe cose", ha detto Penney.

Microglia con comportamento errato

Invece di fare affidamento su topi modello di mutazione TREM2 R47H/+, Penney, Tsai e i coautori hanno concentrato il lavoro su colture cellulari di microglia umana. Per fare ciò hanno usato una linea di cellule staminali derivate dalla pelle, donata da una donna sana di 75 anni. In alcune cellule staminali hanno quindi usato l'editing genetico CRISPR per inserire la mutazione R47H/+ e poi hanno coltivato cellule staminali sia modificate che originali perché diventassero microglia. Questa strategia ha dato loro microglia sia mutate che sane (di controllo), che erano per il resto geneticamente identiche.

Il team ha quindi cercato di capire come la presenza della mutazione ha influenzato l'espressione dei geni di ogni linea cellulare. Gli scienziati hanno misurato più di 1.000 differenze, ma una scoperta particolarmente evidente è stata che le microglia con la mutazione hanno aumentato l'espressione di geni associati all'infiammazione e alle risposte immunitarie. Quindi, quando hanno esposto le microglia in coltura a sostanze chimiche che simulano l'infezione, le microglia mutanti hanno generato una risposta significativamente più pronunciata rispetto a quella normale, suggerendo che la mutazione rende le microglia molto più inclini all'infiammazione.

In ulteriori esperimenti con le cellule, il team le ha esposte a tre tipi di detriti che le microglia in genere eliminano dal cervello: mielina, proteine sinaptiche e amiloide-beta. Le microglia mutanti ne hanno eliminato meno di quelle sane.

Un altro compito delle microglia è rispondere quando le cellule, come i neuroni, sono ferite. Il team di Penney e Tsai ha coltivato insieme microglia e neuroni e poi hanno ucciso i neuroni con un laser. Nei 90 minuti successivi all'infortunio, la squadra ha tracciato il movimento delle microglia circostanti. Rispetto alle microglia normali, quelle con la mutazione si sono dirette molto meno verso la cellula ferita.

Infine, per testare come le microglia mutanti agiscono in un cervello vivente, gli scienziati hanno trapiantato microglia mutanti o sane di controllo nei topi, in una regione del cervello che coordina la memoria chiamata ippocampo. Gli scienziati hanno quindi marcato quella regione per evidenziare varie proteine di interesse. Avere microglia mutanti o normali non importava per alcune misure, ma le proteine associate alle sinapsi erano notevolmente ridotte nei topi in cui sono state impiantate le microglia mutate.

Combinando le evidenze della misurazione dell'espressione genica e quelle degli esperimenti sulla funzione delle microglia, i ricercatori hanno formulato nuove idee su ciò che guida almeno parte del comportamento microgliale errato. Ad esempio, il team di Penney e Tsai ha notato un declino dell'espressione di una proteina del recettore 'purinergico' che coinvolge il rilevamento della lesione neuronale, forse spiegando perché le microglia mutanti hanno difficoltà con quell'attività.

Hanno anche notato che i topi con la mutazione sovra-esprivevano proteine 'complemento' usate per marcare le sinapsi per la rimozione. Ciò potrebbe spiegare perché le microglia mutanti erano troppo zelanti nell'eliminare le sinapsi nei topi, ha affermato Penney, sebbene anche un aumento dell'infiammazione potrebbe causare ciò danneggiando i neuroni in generale.

Man mano che i meccanismi molecolari alla base della disfunzione microgliale diventano più chiari, ha affermato Penney, gli sviluppatori di farmaci acquisiranno informazioni cruciali su come puntare il rischio più elevato di malattia associato alla mutazione TREM2 R47H/+.

"I nostri risultati evidenziano molteplici effetti della mutazione TREM2 R47H/+ che probabilmente sottendono la sua associazione con il rischio di MA e suggeriscono nuovi nodi che potrebbero essere sfruttati per un intervento terapeutico", concludono gli autori.