Come sono fatti i mitocondri.I mitocondri - talvolta chiamati 'centrale energetica della cellula' - sono piccole strutture che trasformano il cibo in energia, in 'carburante' per le cellule.

Nei mitocondri di una cellula cerebrale gli ioni di calcio controllano quanta energia viene prodotta per il funzionamento del cervello. Ricerche precedenti avevano dimostrato che una produzione eccessiva di calcio può causare la morte dei neuroni, collegando quindi uno squilibrio di calcio con il processo neurodegenerativo dell'Alzheimer.

Fino ad ora, tuttavia, era sconosciuto il meccanismo esatto che collega la neurodegenerazione di Alzheimer con lo squilibrio di calcio mitocondriale. Una nuova ricerca, guidata da Pooja Jadiya, borsista post-dottorato alla Temple University di Philadelphia, getta luce su questa associazione. Lo studio è stato condotto da ricercatori del Center for Translational Medicine della Temple University, ed i risultati sono stati presentati al 61° Meeting della Società di Biofisica a New Orleans.

Analisi del calcio nel cervello umano, in topi modello e in colture cellulari

Jadiya e colleghi hanno studiato campioni di cervello di malati di Alzheimer, in un modello di topo modificato geneticamente per riprodurre i sintomi di Alzheimer, e in una linea cellulare mutante affetta da Alzheimer.

Essi hanno esaminato le alterazioni mitocondriali nell'elaborazione del calcio, insieme con la generazione di specie reattive dell'ossigeno (ROS), il metabolismo della proteina precursore attiva, il potenziale di membrana, e la morte cellulare. Essi hanno inoltre esaminato l'attivazione dei pori di transizione della permeabilità mitocondriale e la fosforilazione ossidativa.

Nel cervello sano, gli ioni di calcio lasciano i mitocondri di un neurone per evitare un accumulo eccessivo. Questo processo è permesso da un trasportatore di proteine,​ chiamato scambiatore mitocondriale sodio-calcio. Nel tessuto di Alzheimer, Jadiya e il team hanno scoperto che i livelli dello scambiatore sodio-calcio sono estremamente bassi. Infatti, la proteina era così poca che era difficile rilevarla.

I ricercatori hanno ipotizzato che ciò causerebbe una sovrapproduzione di ROS, che, a sua volta, contribuisce alla neurodegenerazione. I ROS sono molecole che, ad alti livelli, hanno dimostrato di danneggiare proteine, lipidi e DNA, causando stress ossidativo.

Lo scambiatore sodio-calcio è cruciale ​​nella progressione dell'Alzheimer

Il team ha trovato una correlazione tra l'attività ridotta dello scambiatore sodio-calcio e l'aumento della morte neuronale. Inoltre, nel topo modello, gli scienziati hanno scoperto che, proprio prima della comparsa dell'Alzheimer, il gene che codifica lo scambiatore è significativamente meno attivo. Una diminuzione dell'espressione di questo gene suggerisce inoltre che lo scambiatore proteico ha un ruolo chiave nella progressione della malattia.

Infine, gli scienziati hanno anche testato questo meccanismo in un modello di coltura cellulare colpita da Alzheimer, aumentando artificialmente i livelli dello scambiatore. Come ipotizzato, le cellule colpite sono ritornate al punto da essere quasi identiche alle cellule sane. Inoltre, sono aumentati i livelli di adenosina trifosfato (ATP), sono diminuiti i livelli di ROS, e sono morti meno neuroni.

Alcuni biologi considerano l'ATP una molecola "moneta energetica della vita", poiché è richiesta da ogni attività in cui si impegna il nostro corpo. John Elrod, co-autore dello studio, spiega il significato dei risultati: "Nessuno ha mai esaminato questo prima, usando questi sistemi modello. E' possibile che le alterazioni nello scambio di calcio mitocondriale possano guidare il processo di malattia". Secondo lui, lo studio potrebbe anche aprire la strada a nuove opzioni di trattamento.

Il team sta attualmente lavorando per invertire la neurodegenerazione tipica dell'Alzheimer nei topi modello, stimolando l'espressione del gene che codifica lo scambiatore sodio-calcio. Ciò potrebbe essere realizzato con nuovi farmaci o con la terapia genica.

"La nostra speranza", dice Elrod, "è riuscire a cambiare il livello di espressione o l'attività di questo scambiatore, che potrebbe essere una valida terapia nella fase iniziale, per impedire forse lo sviluppo della malattia. Non siamo nemmeno vicino a questo, ma è il nostro obiettivo".