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Prevenire 'ingorghi di traffico' nelle cellule cerebrali

Effetti della riduzione della presenilinaL'espressione di APP umano nei nervi larvali della mosca provoca intasamento assonale (frecce, riquadro superiore) evitato da riduzione della presenilina. L'espressione di APP umano nel cervello larvale della mosca provoca la morte cellulare (frecce, riquadro inferiore) evitata dalla riduzioni della presenilina. (Credit: Shermali Gunawardena)Immaginate di poter aprire il cervello e guardare dentro. Quello che si vedrebbe è una rete di cellule nervose chiamate neuroni, ognuna con un proprio sistema autostradale interno per il trasporto di materiali essenziali tra le diverse parti della cellula.

Quando questa macchina biologica è in funzione senza intoppi, piccole proteine motorie traghettano preziosi carichi su e giù per ogni neurone lungo strade filiformi dette piste microtubuli.


Le cellule cerebrali sono in grado di ricevere informazioni, effettuare riparazioni interne ed inviare istruzioni al corpo, dicendo alle dita di flettersi o alle dita dei piedi di piegarsi. Ma quando il neurone si blocca, questa delicata armonia si deteriora. Uno dei risultati: malattie come l'Alzheimer.


Capire tali blocchi e come il traffico dovrebbe scorrere normalmente nelle cellule sane del cervello potrebbe dare una speranza alle persone affette da malattie neurodegenerative. A questo scopo, un gruppo di ricerca, guidato da Shermali Gunawardena, PhD, biologa dell'Università di Buffalo, ha dimostrato che la proteina presenilina ha un ruolo importante nel controllo del traffico neuronale sulle autostrade microtubuli, una nuova funzione finora sconosciuta.


I risultati della ricerca sono stati pubblicati il 24 Maggio sulla rivista Human Molecolar Genetics. I co-autori della Gunawardena sono Ge Yang della Carnegie Mellon University e Lawrence S.B. Goldstein dell'Howard Hughes Medical Institute e della University of California di San Diego.


All'interno dei nervi delle larve del moscerino della frutta, la presenilina aiuta a controllare la velocità con cui i motori molecolari chiamati kinesine e dineine si spostano lungo i neuroni. Quando gli scienziati hanno dimezzato la quantità di presenilina presente nel sistema autostradale, i motori sono diventati più veloci; si fermano meno volte e con pause più corte. Visti questo dati, la Gunawardena pensa che regolare il livello di presenilina possa costituire un modo per liberare il traffico ed evitare intasamenti neuronali pericolosi nei pazienti di Alzheimer.


"La nostra scoperta principale è che la presenilina ha un ruolo innovativo, che è controllare il movimento delle proteine motorie lungo le autostrade neuronali" scrive la Gunawardena, assistente professore di scienze biologiche. "Se questa regolazione / controllo viene meno, allora le cose possono andare male. Questa è la prima volta che viene segnalata una proteina che funziona come un controllore di motori"."Nell'Alzheimer, i difetti di trasporto sono presenti ben prima dei sintomi, come la morte delle cellule e le placche amiloidi viste nel cervello post-mortem", ha aggiunto. "Come risultato, lo sviluppo di terapie mirate ai difetti di trasporto neuronale potrebbe essere un modo utile per attaccare il problema precocemente".


I risultati sono particolarmente intriganti perché gli scienziati sanno da diversi anni che la presenilina è coinvolta nell'Alzheimer. La presenilina scorre lungo le autostrade neuronali in piccole bollicine organiche chiamate vescicole che si trovano in cima ai motori kinesina e dineina, e contengono anche una seconda proteina chiamata proteina precursore dell'amiloide (APP). La presenilina concorre al taglio dell'APP in pezzi chiamati amiloide-beta, che si accumulano per formare placche amiloidi nei pazienti con Alzheimer. Tali accumuli possono portare alla morte delle cellule, impedendo il trasporto di materiali essenziali - come le proteine necessarie per la riparazione delle cellule - lungo i neuroni.


I risultati del nuovo studio indicano che la presenilina può contribuire all'Alzheimer in almeno due modi: non solo tagliando l'APP, ma anche regolando la velocità dei motori molecolari che portano l'APP lungo le autostrade neuronali. "Sono state identificate più di 150 mutazioni della presenilina nell'Alzheimer", dice la Gunawardena. "Così, capirne la funzione è importante per capire cosa va male nell'Alzheimer".


Per monitorare il movimento delle kinesine e delle dineine, il gruppo ha etichettato il loro carico con una proteina fluorescente gialla. Ciò ha permesso ai ricercatori di vedere i motori molecolari avanzare all'interno del neurone al microscopio in un animale vivo. Un programma speciale ha quindi analizzato i percorsi del motori, rivelando ulteriori dettagli circa la natura del loro movimento e quanto spesso si fermano.

 

 

 

 

 


Fonte:University at Buffalo. Articolo originale scritto da Charlotte Hsu.

Riferimento: S. Gunawardena, G. Yang, L. S. B. Goldstein. Presenilin controls kinesin-1 and dynein function during APP vesicle transport in vivo. Human Molecular Genetics, 2013; DOI: 10.1093/hmg/ddt237

Pubblicato in Science Daily il 28 Maggio 2013 (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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