Salute dell'intestino e malattia di Parkinson: una connessione nascosta
Nuove ricerche collegano il microbioma intestinale alla progressione del morbo di Parkinson.
Livia H. Morais, Linsey Stiles, Milla Freeman, Anastasiya D. Oguienko, Jonathan D. Hoang, Jeff Jones, Baiyi Quan, Jack Devine, Justin S. Bois, Tsui-Fen Chou, Joanne Trinh, Martin Picard, Viviana Gradinaru, Sarkis K. Mazmanian
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Indice
- Sintomi Non Motori della Malattia di Parkinson
- Il Ruolo del Microbioma intestinale nella Malattia di Parkinson
- Esplorando l'Impatto del Microbioma Intestinale sui Sintomi Motori
- La Connessione Tra Mitocondri e Microbioma Intestinale
- Investigare l'Effetto dello Stress Ossidativo
- Comportamento Mitocondriale nei Topi con PD
- Possibili Collegamenti ai Trattamenti
- Conclusione
- Fonte originale
- Link di riferimento
La Malattia di Parkinson (PD) è il secondo disturbo cerebrale più comune che colpisce le persone con l'età, specialmente quelle over 60. Negli Stati Uniti, circa l'1% di questo gruppo di età ne è affetto. Questa condizione è nota per causare problemi motori come rigidità, tremori e difficoltà di equilibrio. Uno dei principali colpevoli della PD è l'accumulo di una proteina chiamata alfa-sinucleina (α-syn). Questo accumulo porta alla morte di cellule cerebrali importanti, in particolare quelle che producono dopamina, una sostanza chimica cruciale per il movimento e la coordinazione.
Mentre gli scienziati continuano a indagare le cause della PD, ci sono molte prove che suggeriscono che i problemi con i piccoli stabilimenti energetici delle nostre cellule, chiamati Mitocondri, giochino un ruolo. Questi mitocondri sono responsabili della produzione di energia e della salute delle cellule. Alcune mutazioni genetiche che influenzano le proteine mitocondriali sono state collegate a forme di PD che si trasmettono in famiglia.
Nelle persone con PD, i mitocondri spesso hanno problemi a fare il loro lavoro, il che può portare a danni aumentati da fattori di stress, noti come Stress ossidativo. Questo stress può ulteriormente danneggiare i neuroni, contribuendo ai sintomi della malattia. È interessante notare che studi hanno dimostrato che la funzione mitocondriale è compromessa nei tessuti di una specifica parte del cervello colpita dalla PD.
La ricerca ha anche scoperto che l'esposizione a certe tossine che interferiscono con la funzione mitocondriale può causare danni cerebrali simili e problemi motori negli animali. Inoltre, nuovi modelli genetici di PD hanno mostrato che quando sono presenti certe mutazioni, possono portare a condizioni simili alla PD.
Sintomi Non Motori della Malattia di Parkinson
Anche se la Parkinson è principalmente vista come un disturbo che colpisce il movimento, molti pazienti segnalano di avere sintomi non motori. Questi includono problemi di sonno, una ridotta capacità olfattiva e problemi gastrointestinali come costipazione e dolori addominali, che spesso compaiono anni prima di qualsiasi diagnosi ufficiale di PD.
Una teoria proposta dagli scienziati suggerisce che i cambiamenti nell'intestino potrebbero essere uno dei primi luoghi in cui inizia la malattia. In particolare, l'accumulo di α-syn potrebbe iniziare nell'intestino, per poi viaggiare in diverse parti del cervello attraverso il nervo vago, che collega intestino e cervello. Esperimenti in cui gli scienziati hanno iniettato α-syn negli intestini degli animali hanno portato a problemi intestinali e danni cerebrali nel tempo.
I ricercatori hanno anche scoperto che le procedure chirurgiche per tagliare il nervo vago possono fermare la progressione della malattia in modelli animali. Allo stesso modo, studi sugli esseri umani hanno dimostrato che le persone che hanno subito questo intervento possono avere un rischio inferiore di sviluppare la PD. Inoltre, l'infiammazione nell'intestino potrebbe peggiorare i sintomi, suggerendo che in alcuni casi, la PD potrebbe iniziare nell'intestino piuttosto che nel cervello.
Microbioma intestinale nella Malattia di Parkinson
Il Ruolo delGli scienziati hanno osservato che il microbioma intestinale – la raccolta di batteri e altri microrganismi che vivono nei nostri intestini – è diverso nelle persone con PD rispetto agli individui sani. Queste differenze includono una diminuzione dei batteri benefici e un aumento di quelli che promuovono l'infiammazione.
La ricerca ha dimostrato che il microbioma intestinale può influenzare quanto bene una persona possa muoversi, come funziona l'intestino e persino la progressione della patologia di α-syn in modelli animali di PD. Alcuni batteri dannosi possono aggravare la malattia, mentre i trattamenti che ripristinano un microbioma sano possono migliorare il movimento negli animali.
Un risultato curioso è che quando il microbiota intestinale dei pazienti con PD viene trasferito in topi con livelli alterati di α-syn, i topi manifestano maggiori difficoltà motorie. Tuttavia, quando viene usato un microbioma sano per la stessa procedura, i topi non mostrano sintomi così gravi. Questo suggerisce che il microbioma può giocare un ruolo nello sviluppo della PD e potrebbe essere un obiettivo per nuovi trattamenti.
Esplorando l'Impatto del Microbioma Intestinale sui Sintomi Motori
Uno studio recente si è concentrato sull'idea che il microbioma intestinale possa influenzare i sintomi motori in topi che sovraesprimono α-syn. I risultati hanno mostrato che i cambiamenti nel microbioma intestinale possono influenzare la produzione di energia e i livelli di stress nel cervello, portando a problemi motori nei topi.
È interessante notare che, analizzando i cervelli di topi privi di batteri intestinali, i ricercatori hanno scoperto che non mostravano i soliti sintomi motori legati a α-syn. Questi risultati indicano il ruolo significativo del microbioma nella generazione di energia all'interno del cervello, un processo cruciale per il corretto funzionamento.
Quando i ricercatori hanno esaminato la produzione di energia nei cervelli di questi topi, hanno scoperto che quelli con un microbioma normale avevano una funzione mitocondriale migliore rispetto a quelli senza batteri. Questo suggerisce che il microbioma può aiutare a regolare quanto bene i mitocondri svolgono i loro compiti di produzione di energia, influenzando le abilità motorie complessive.
La Connessione Tra Mitocondri e Microbioma Intestinale
I mitocondri sono essenziali per generare energia nelle nostre cellule e la loro salute è cruciale per il normale funzionamento del cervello. Un microbioma poco sano può interferire con la funzione mitocondriale, portando a uno stress ossidativo aumentato e a deficit energetici nel cervello.
I ricercatori hanno scoperto che specifici geni legati alla produzione di energia erano cambiati nei cervelli di topi con un microbioma convenzionale rispetto a quelli senza. Questi cambiamenti hanno influenzato il normale funzionamento dei mitocondri, portando a una produzione di energia compromessa.
Esaminando come questi cambiamenti hanno impattato il comportamento dei topi, i ricercatori hanno trovato che quelli con un microbioma normale avevano abilità motorie compromesse rispetto ai topi privi di germi. Questo implica che un ambiente intestinale sano è fondamentale per mantenere una funzione mitocondriale ottimale e un movimento corretto.
Investigare l'Effetto dello Stress Ossidativo
Lo stress ossidativo è una condizione in cui molecole dannose chiamate specie reattive dell'ossigeno (ROS) si accumulano e danneggiano le cellule. Questo stress è stato collegato a varie malattie, inclusa la PD. È necessario un equilibrio sano di ROS per la funzione cellulare, ma troppi possono portare a problemi seri.
Nei topi con un microbioma compromesso, gli scienziati hanno notato livelli elevati di stress ossidativo nel cervello, influenzando le abilità motorie. Per indagare ulteriormente, hanno trattato questi topi con antiossidanti, che hanno aiutato a ridurre lo stress ossidativo e migliorare la funzione motoria.
Questo risultato suggerisce che gestire i livelli di stress ossidativo nella PD potrebbe essere una strada promettente per il trattamento. Se i cambiamenti nel microbioma possono aumentare lo stress ossidativo, allora puntare al microbioma potrebbe aiutare a ridurre questo stress dannoso e migliorare i sintomi nelle persone con PD.
Comportamento Mitocondriale nei Topi con PD
I risultati di vari studi hanno mostrato che il comportamento dei mitocondri nei modelli di PD è piuttosto interessante. In particolare, le prestazioni dei mitocondri cambiano a seconda che i topi abbiano un microbioma attivo o siano privi di germi.
Nei topi con un microbioma normale, si è notata un'aumento della produzione di energia nei mitocondri, suggerendo che stavano compensando per lo stress indotto dall'accumulo di α-syn. Tuttavia, i topi privi di germi non mostrano la stessa sovrapproduzione di energia, indicando che il microbioma è essenziale per regolare le prestazioni mitocondriali.
La conclusione generale tratta da questi studi è che un intestino sano può avere un impatto significativo sulla funzione mitocondriale, sulla produzione di energia e sulle abilità motorie. Quando l'ambiente intestinale è sbilanciato, può ostacolare questi processi, contribuendo alla progressione della PD.
Possibili Collegamenti ai Trattamenti
Con tutte le connessioni tra la PD, la salute intestinale e la funzione mitocondriale, i ricercatori stanno considerando nuovi modi per affrontare il trattamento. Invece di concentrarsi solo sul cervello, potrebbe essere utile esaminare come la salute intestinale e la composizione del microbioma possano essere modificate per supportare i mitocondri e la salute del cervello nel complesso.
I trattamenti emergenti potrebbero includere probiotici, cambiamenti nella dieta o farmaci specifici che colpiscono l'intestino. Queste strategie potrebbero aiutare a ripristinare un microbioma sano, ridurre lo stress ossidativo e migliorare la funzione mitocondriale.
Conclusione
La malattia di Parkinson è un disturbo complesso con molte componenti in gioco. Le prove emergenti suggeriscono che il microbioma intestinale gioca un ruolo cruciale nello sviluppo e nella progressione della malattia. Inoltre, la salute dei mitocondri, responsabili della produzione di energia nelle nostre cellule, è intimamente legata alla salute intestinale.
Man mano che la ricerca continua, comprendere l'interazione tra il microbioma intestinale, la funzione mitocondriale e la PD potrebbe aprire nuove strade per il trattamento, offrendo speranza a chi è colpito da questa difficile condizione. Anche se le cause esatte della PD rimangono un mistero, concentrarsi sulla salute intestinale potrebbe portare a una gestione migliore e a potenziali breakthrough nel trattamento di questa malattia neurodegenerativa.
Ricorda, nessuno vuole vivere i sintomi della malattia di Parkinson, ma la buona notizia è che gli scienziati stanno lavorando duramente per scoprire modi per combatterla, un batterio intestinale alla volta!
Fonte originale
Titolo: The gut microbiome promotes mitochondrial respiration in the brain of a Parkinson's disease mouse model
Estratto: The pathophysiology of Parkinsons disease (PD) involves gene-environment interactions that impair various cellular processes such as autophagy, lysosomal function, or mitochondrial dysfunction. Specifically, mitochondria-associated gene mutations increase PD risk, mitochondrial respiration is altered in the PD brain, and mitochondrial-damaging toxins cause PD-like motor and gastrointestinal symptoms in animal models. The gut microbiome is altered in PD patients and represents an environmental risk, however a relationship between mitochondrial function and the microbiome in PD has not been previously established. Herein, we report that striatal mitochondria are functionally overactive in -synuclein-overexpressing (ASO) mice, a model of PD, and that microbiome depletion restores respiration and mitochondria-associated gene expression patterns to wild-type levels. ASO mice harboring a complex microbiome produce increased reactive oxygen species in the striatum whereas germ-free counterparts express elevated levels of antioxidant proteins that may buffer against oxidative damage. Indeed, antioxidant treatment improves motor performance in ASO mice and, remarkably, blocking oxidant scavenging in germ-free mice induces -synuclein-dependent motor deficits. Thus, the gut microbiome increases mitochondrial respiration and oxidative stress in the brain, which enhances motor symptoms in a mouse model of PD.
Autori: Livia H. Morais, Linsey Stiles, Milla Freeman, Anastasiya D. Oguienko, Jonathan D. Hoang, Jeff Jones, Baiyi Quan, Jack Devine, Justin S. Bois, Tsui-Fen Chou, Joanne Trinh, Martin Picard, Viviana Gradinaru, Sarkis K. Mazmanian
Ultimo aggiornamento: 2024-12-21 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.18.629251
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.18.629251.full.pdf
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.
Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.
Link di riferimento
- https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/
- https://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/Rsubread.html
- https://subread.sourceforge.net/featureCounts.html
- https://github.com/dtsoucas/DWLS
- https://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/DESeq2.html
- https://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/RITAN.html
- https://chemistry.unt.edu/~verbeck/LIMS/Manuals/XCAL_Quant.pdf
- https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/IQLAAEGABSFAKJMAUH
- https://www.uniprot.org/help/uniprotkb
- https://noble.gs.washington.edu/proj/percolator/
- https://jeffsocal.github.io/tidyproteomics/
- https://www.broadinstitute.org/pubs/MitoCarta/
- https://www.python.org
- https://www.numpy.org
- https://pandas.pydata.org
- https://bokeh.org
- https://bebi103.github.io
- https://jupyterlab.github.io/jupyterlab/
- https://www.r-project.org/