Ricerche

In alto la scansione PET rileva proteine aggreganti nel cuore di topo; a destra un cuore allargato con insufficienza cardiaca. Sotto delle scansioni SPECT con flusso di sangue nel cuore di topo mostrano che i grumi proteici non sono dovuti a problemi di circolazione locale. (Fonte: Research Circulation)Proprio come i grumi di proteine che si accumulano nel cervello di persone con alcune malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e il Parkinson, grumi di proteine ​​sembrano accumularsi nel cuore malato di topi e persone con insufficienza cardiaca, secondo un team guidato dai ricercatori della Johns Hopkins University.

Negli esperimenti descritti nel numero dell'11 maggio della rivista Circulation Research, gli investigatori dicono che aver identificato nei cuori malati la forma della proteina che tende a raggrupparsi e di averla visualizzata nel cuore usando una scansione non invasiva di tomografia a emissione di positroni (PET), potrebbe portare a progressi nel monitoraggio della progressione della malattia e per testare nuove terapie.

L'insufficienza cardiaca è una condizione cronica in cui il cuore non riempie, o pompa, sangue come dovrebbe, causando un eccessivo affaticamento. Circa 5,7 milioni di persone negli Stati Uniti hanno insufficienza cardiaca e circa la metà delle persone diagnosticate muore entro 5 anni, secondo i Centri USA per il Controllo e la Prevenzione delle Malattie.

"Da un punto di vista molecolare non c'è un meccanismo unificato e chiaro per spiegare perché il cuore diventa carente", dice Giulio Agnetti PhD, assistente professore di medicina della Facoltà di Medicina della Johns Hopkins University e dell'Università di Bologna. "Ma individuando questo meccanismo, potremmo delineare trattamenti e strumenti diagnostici migliori".

Gli attuali farmaci usati per trattare l'insufficienza cardiaca - come quelli che abbassano la pressione sanguigna rilassando i vasi sanguigni - riducono lo stress sul cuore e i sintomi associati allo scompenso cardiaco senza necessariamente risolvere la causa sottostante. Una volta che il cuore non riesce a pompare, l'unico trattamento alla fine è il trapianto.

Il lavoro precedente di questo gruppo, pubblicato nel 2014, ha dimostrato che la proteina desmina si accumula in gruppi chiamati amiloide nel cuore dei cani con insufficienza cardiaca. La desmina è una proteina che si trova nello 'scheletro' o nella struttura di supporto della cellula ed è chiamata filamenti intermedi. Non sappiamo perché si raggruma nelle cellule cardiache malate, dice Agnetti.

Per vedere se i ceppi di proteine desmina si trovano anche nell'insufficienza cardiaca umana, i ricercatori hanno studiato le proteine su biopsie del tessuto cardiaco di persone con o senza insufficienza cardiaca. Hanno usato un anticorpo fluorescente usato di solito nella ricerca sull'Alzheimer e una nuova marcatura fluorescente dell'amiloide sviluppata da Agnetti, per visualizzare e quantificare i grumi di proteine ​​desmina. Hanno osservato il doppio dei grumi di desmina nei pazienti con insufficienza cardiaca rispetto a quelli senza insufficienza cardiaca.

Il team ha usato un topo modello comune di insufficienza cardiaca per cercare i grumi di desmina. In questo modello, l'aorta - l'arteria principale che viene dal cuore - viene ristretta chirurgicamente, il che aumenta notevolmente la pressione e lo stress, e diventa causa di insufficienza cardiaca. Dopo quattro settimane di pressione sull'aorta, i topi sviluppano sintomi di insufficienza cardiaca come una congestione cardiaca e polmonare allargata. Quando si è  usato lo stesso anticorpo e le stesse tecniche di colorazione utilizzate per i campioni di tessuto umano, l'amiloide desmina era più che doppia nei topi con insufficienza cardiaca.

Quindi i ricercatori hanno trattato le proteine ​​del cuore dei topi con gallato epigallocatechina (EGCG), una sostanza chimica presente nel tè verde nota per rompere l'amiloide. Il trattamento ha dimezzato la quantità di aggregati proteici.

"È interessante notare che il tè verde ha già dimostrato di frenare l'incidenza delle malattie cardiovascolari e di migliorare il deterioramento cognitivo nei modelli di Alzheimer, anche se il meccanismo di tale azione non è chiaro", dice Agnetti. "La capacità dell'EGCG di 'de-aggregare' queste proteine ​​appiccicose potrebbe essere uno degli effetti salutari del tè verde. Sapere come funziona questa chimica potrebbe aprire nuove strade per progettare una nuova classe di farmaci che puntano l'aggregazione proteica".

Successivamente, i ricercatori hanno voluto identificare la forma di desmina che tendeva a raggrupparsi. Sulla base del loro precedente lavoro, hanno pensato che uno o più gruppi di fosfati chimici aggiunti al 27° o 31° elemento costitutivo nella struttura proteica della desmina avrebbe potuto influenzare il modo in cui si raggruppano le proteine.

Hanno progettato geneticamente versioni di desmina con uno, entrambi o nessuno dei gruppi di fosfato attaccati alla desmina, li hanno marcati con un segnale fluorescente verde per renderli visibili e li hanno inseriti nelle cellule del cuore usando un virus.

Una settimana dopo, con un microscopio che traccia il bagliore verde, hanno visto le cellule con desmina e due gruppi fosfato che stavano ancora pompando, e questa forma di desmina era incorporata nelle fibre muscolari. Secondo i ricercatori ciò dimostra che la desmina con due gruppi di fosfati è probabilmente la versione normale e salutare della proteina.

Le cellule che avevano un singolo fosfato sulla desmina al 31° posto nella catena proteica degli amminoacidi si contraevano più rapidamente e avevano più grumi verdi, portando i ricercatori a credere che questo si comporta come la versione malata della proteina.

Agnetti ha appreso da Richard O'Brien MD/PhD, un ex neuroscienziato della Johns Hopkins ora alla Duke University, che la PET viene usata per rilevare grumi proteici nel cervello di pazienti con Alzheimer e Parkinson e può rilevare i grumi in alcune condizioni cardiache genetiche che causano formazione eccessiva di grumi proteici.

Seguendo il consiglio di O'Brien, i ricercatori hanno testato se potevano usare questa tecnica non invasiva per rilevare grumi di desmina nei topi con insufficienza cardiaca. I topi sani e con insufficienza cardiaca hanno ricevuto iniezioni di Amyvid, un colorante radioattivo che consente ai ricercatori di vedere i grumi di proteine ​​nella PET. I topi con insufficienza cardiaca assorbivano nel cuore il 13% di Amyvid in più dei topi sani.

"La scansione PET dei grumi di proteine ​​può essere usata infine nei pazienti per identificare i cambiamenti strutturali nel cuore mentre la malattia progredisce, e questa informazione probabilmente ha valore prognostico", afferma Peter Rainer MD/PhD, ex postdottorato della Johns Hopkins, ora all'Università di Medicina di Graz in Austria. "Potrebbe diventare una buona misura dell'effetto di un intervento per arrestare o invertire la progressione della malattia".

Negli esperimenti futuri, il team di ricerca intende confermare i risultati in altri campioni di tessuto umano. Gli investigatori sperano anche di identificare un farmaco o una piccola molecola per impedire che la desmina formi dei grumi.

"Ultimamente c'è molta enfasi sul ruolo dei geni, ma siamo nati con i nostri geni e al momento possiamo fare molto poco su quelli che abbiamo", dice Agnetti. "Penso che il prossimo passo sia seguire le proteine ​​che sono modificate dinamicamente in risposta all'ambiente, ponendo maggiore enfasi sull'intervento sullo stile di vita per aiutare a prevenire le malattie. Composti naturali come l'EGCG nel tè verde e interventi dietetici modificati potrebbero avere un ruolo nel mantenerci sani".