Ricerche

Una ricerca del Buck Institute rivela che la variante protettiva APOE2, già associata a un'eccezionale longevità e a un rischio ridotto di Alzheimer, mantiene le cellule cerebrali umane genomicamente stabili e resistenti alla senescenza cellulare

I portatori della versione APOE2 del gene dell'apolipoproteina E hanno maggiori probabilità di vivere fino all'età avanzata e sono parzialmente protetti dal morbo di Alzheimer (MA), ma gli scienziati hanno difficoltà a spiegare il perché. Un nuovo studio del Buck Institute for Research on Aging di Novato (California/UA), ora pubblicato su Aging Cell, offre una risposta meccanicistica: l'APOE2 aiuta i neuroni umani a mantenere intatto il loro DNA e a resistere alla senescenza, uno stato di danno e disfunzione che si accumula con l’età e contribuisce alla neurodegenerazione.

I risultati spostano l’attenzione dal ruolo ben noto dell’APOE nel trasporto del colesterolo e verso una funzione del gene finora sottovalutata: modellare il modo in cui le cellule cerebrali mantengono l’integrità del loro genoma mentre invecchiano.

"Sappiamo da anni che i portatori di APOE2 tendono a vivere più a lungo e hanno un minor rischio di MA, ma il meccanismo protettivo era ancora una scatola nera", afferma l'autrice senior Lisa M. Ellerby PhD, prof.ssa del Buck. "Il nostro lavoro mostra che i neuroni APOE2 sono migliori nel prevenire e riparare i danni al DNA e resistono al programma di invecchiamento cellulare che determina gran parte del declino in età avanzata. I nostri risultati indicano direzioni terapeutiche completamente nuove".

Cosa hanno fatto i ricercatori

L'APOE è disponibile in tre forme comuni, APOE2, APOE3 e APOE4, che differiscono solo per due aminoacidi. L'APOE4 è il più forte fattore di rischio genetico conosciuto per il MA ad esordio tardivo (tipicamente dopo i 65 anni), mentre l'APOE2 è costantemente collegato negli studi di popolazione a un'eccezionale longevità e a un ridotto rischio di demenza.

Per isolare il contributo dell'APOE stesso all'invecchiamento neuronale, il team del Buck ha usato cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo (iPSC) geneticamente modificate per differire solo nel locus APOE. Hanno generato due tipi di neuroni cerebrali da queste cellule, neuroni GABAergici inibitori e neuroni glutamatergici eccitatori, e hanno confrontato il modo in cui le diverse versioni APOE influenzavano ciascun tipo di cellula. Hanno inoltre esaminato il tessuto ippocampale di topi anziani portatori del gene umano APOE2, APOE3 o APOE4.

Risultati chiave

• I neuroni APOE2 accumulano meno danni al DNA. Il sequenziamento dell'RNA in massa e a singola cellula ha mostrato che i neuroni GABAergici APOE2 sovraregolano fortemente i percorsi di riparazione del DNA e di risposta al danno, mentre i neuroni APOE4 mostrano firme trascrizionali associate al MA. Misurazioni dirette delle rotture del filamento di DNA hanno confermato che i neuroni APOE2 portavano danni significativamente inferiori.
• I neuroni APOE2 resistono alla senescenza. Quando il team ha stressato i neuroni eccitatori con radiazioni o con il farmaco chemioterapico doxorubicina, i neuroni APOE2 hanno mostrato livelli più bassi di marcatori di senescenza (inclusi p16 e CRYAB), nucleoli più piccoli e un'architettura nucleare meglio conservata rispetto ai neuroni APOE3 e APOE4.
• La proteina APOE2 può proteggere i neuroni APOE4. L'aggiunta della proteina APOE2 ricombinante ai neuroni APOE4 ha ridotto la segnalazione del danno al DNA dopo le radiazioni, un primo indizio che l'effetto protettivo potrebbe essere trasferibile, non solo genetico.
• Il cervello del topo concorda. Topi invecchiati con APOE2 rimossa mostravano nucleoli più piccoli, livelli più elevati della proteina di impalcatura nucleare Lamin A/C ed eterocromatina meglio conservata nell'ippocampo rispetto ai topi APOE3 o APOE4, caratteristiche associate a un invecchiamento cerebrale più sano.

Perché è importante

La senescenza cellulare e il danno accumulato al DNA sono ora riconosciuti come fattori centrali dell'invecchiamento e delle malattie legate all'età, compreso il MA.

"Fino ad ora, il campo dell'APOE si è concentrato principalmente sulla gestione dei lipidi e sulla biologia dell'amiloide-beta", afferma Ellerby. "Mostrando che gli alleli APOE regolano anche il modo in cui i neuroni difendono il loro genoma, questo studio collega un importante gene della longevità a due dei segni distintivi dell'invecchiamento più attivamente studiati".

Ellerby afferma che il lavoro suggerisce che le strategie volte a potenziare la riparazione del DNA o a eliminare le cellule senescenti nel cervello potrebbero imitare parte della protezione naturale conferita dall'APOE2, avvantaggiando potenzialmente le persone portatrici della variante APOE4 a rischio più elevato.

“Ciò che ci ha sorpreso è stata la coerenza del quadro tra due tipi di neuroni molto diversi e tra le cellule umane e il tessuto cerebrale del topo”, ha affermato il primo coautore Cristian Gerónimo-Olvera PhD, ricercatore post-dottorato del Buck. "I neuroni APOE2 non solo sono meno danneggiati al basale, ma si riprendono più velocemente quando sono stressati".

Prossimi passi

Gli autori notano che resta da definire il preciso meccanismo molecolare mediante il quale l'APOE2 stabilizza l'involucro nucleare e supporta la riparazione del DNA. Studi futuri chiriranno se i composti che mimano l'APOE2 o le terapie mirate di riparazione del DNA possono conferire una protezione simile nei portatori di APOE4, la popolazione a più alto rischio genetico per il MA.