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Nuove intuizioni sulla malattia di Alzheimer e levetiracetam

La ricerca svela il potenziale ruolo del levetiracetam nel modificare la progressione dell'Alzheimer.

Jeffrey N Savas, N. R. Rao, O. DeGulis, T. Nomura, S. Lee, T. J. Hark, J. C. Dynes, E. X. Dexter, M. Dulewicz, J. Ge, A. Upadhyay, E. F. Fornasiero, R. Vassar, J. Hanrieder, A. Contractor

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La malattia di Alzheimer (AD) è un disturbo cerebrale progressivo che distrugge lentamente la memoria e le capacità di pensiero, alla fine rendendo difficile anche i compiti più semplici. È caratterizzata da due principali segni: l'accumulo di placche di amiloide all'esterno delle cellule cerebrali e grovigli neurofibrillari all'interno delle cellule. Questi cambiamenti avvengono nel corso di molti anni prima che i sintomi più gravi, come la perdita di memoria, diventino evidenti.

Trattamenti Attuali e Loro Limiti

Attualmente, ci sono trattamenti approvati dalla FDA che possono aiutare a rimuovere le placche di amiloide dal cervello. Tuttavia, questi trattamenti non fermano il cervello dalla produzione dei peptidi di amiloide beta (Aβ) che formano queste placche. Per questo motivo, i ricercatori stanno cercando modi per fermare la produzione di Aβ fin dall'inizio. Questo potrebbe aiutare a prevenire o rallentare lo sviluppo della malattia di Alzheimer.

Il Ruolo della Proteina Precursore dell’Amiloide ([App](/it/keywords/proteina-precursor-dellamiloide--kkxlxmq))

I peptidi Aβ derivano da una proteina più grande conosciuta come proteina precursore dell'amiloide (APP). Ci sono due modi in cui l'APP può essere elaborata nel cervello. Il primo modo, chiamato via amiloidogena, coinvolge un enzima chiamato β-secretasi (BACE1) che taglia l'APP, portando alla produzione di peptidi Aβ. Il secondo modo, noto come via non amiloidogena, coinvolge un diverso enzima, α-secretasi, che non porta alla formazione di Aβ.

Dove si trova l'APP nel cervello può influenzare come viene elaborata. Ad esempio, BACE1 funziona meglio in ambienti acidi comunemente trovati in alcune strutture cerebrali come gli endosomi. Questo significa che problemi con la funzione delle cellule cerebrali possono cambiare come viene elaborata l'APP e portare a una maggiore produzione di Aβ.

Segnali Precoce della Malattia di Alzheimer

La ricerca indica che i cambiamenti precoci nella funzione cerebrale possono essere importanti per lo sviluppo della malattia di Alzheimer. Negli studi sugli animali, gli scienziati hanno scoperto che alcune proteine legate alla comunicazione delle cellule cerebrali iniziano ad accumularsi prima che aumenti la produzione di Aβ. Questo suggerisce che interventi precoci potrebbero essere cruciali per fermare la progressione della malattia.

Esplorando il Levetiracetam come Trattamento Potenziale

Una possibile opzione di trattamento in fase di studio è il levetiracetam (Lev), un farmaco usato per trattare l'epilessia. Funziona legandosi a una proteina nel cervello e sembra ridurre l'attività eccessiva delle cellule cerebrali. Interessante, gli studi hanno mostrato che Lev potrebbe anche ridurre la quantità di placche di amiloide e il declino cognitivo in modelli animali della malattia di Alzheimer.

Investigare Come Funziona il Levetiracetam

I ricercatori hanno cercato di capire come Lev influisce sulla patologia amiloide. Hanno esaminato come le proteine vengono elaborate nei cervelli di animali con un modello genetico di Alzheimer. Hanno scoperto che in questi modelli, le proteine che solitamente vengono scomposte stanno accumulandosi, in particolare nei siti dove le cellule cerebrali comunicano.

Attraverso una varietà di metodi, inclusa l'analisi biochimica, i ricercatori hanno scoperto che Aβ si trovava principalmente all'interno delle vescicole sinaptiche, che sono piccole strutture coinvolte nella comunicazione tra le cellule nervose. Questo evidenzia il ruolo di queste vescicole nell'accumulo della patologia amiloide.

Trattando gli animali con Lev, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che il farmaco non solo riduceva i livelli di Aβ ma correggeva anche alcuni dei problemi precedenti con l'accumulo di proteine. In sostanza, Lev aiutava a deviare l'elaborazione dell'APP dalla via amiloidogena dannosa verso una via più benefica.

L'Impatto del Levetiracetam sulla Produzione di Amiloide

Negli esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno dimostrato che quando le cellule neuronali venivano trattate con Lev, c'era una significativa diminuzione nella produzione di Aβ. Questo indica che Lev modifica il modo in cui viene elaborata l'APP e suggerisce che trattare con questo farmaco potrebbe potenzialmente minimizzare la produzione di amiloide nel cervello.

Cambiamenti nel Cervello con il Trattamento con Levetiracetam

Per esplorare ulteriormente gli effetti di Lev, i ricercatori hanno condotto esperimenti aggiuntivi in animali viventi. Hanno notato che il trattamento cronico con Lev riduceva non solo i livelli di Aβ, ma migliorava anche la funzione complessiva delle Sinapsi nel cervello. Negli animali trattati con Lev, si erano persi meno sinapsi rispetto a quelli non trattati con il farmaco.

Questo suggerisce che Lev potrebbe proteggere il cervello da alcuni dei danni che si verificano nella malattia di Alzheimer, in particolare nelle fasi iniziali della malattia quando i livelli di amiloide iniziano ad aumentare.

La Rilevanza dei Risultati della Ricerca per gli Umani

I risultati degli studi sugli animali hanno portato i ricercatori a esaminare se cambiamenti simili si verificano negli esseri umani, in particolare in quelli con sindrome di Down, poiché sono a maggior rischio di sviluppare Alzheimer. Gli studi hanno mostrato che nei cervelli di queste persone, c'è un accumulo di proteine presinaptiche nelle fasi iniziali della patologia Aβ. Questo rispecchia ciò che è stato osservato nei modelli animali.

Per indagare ulteriormente, i ricercatori hanno esaminato i dati clinici dei pazienti con Alzheimer e hanno scoperto che quelli trattati con Lev avevano una progressione più lenta del declino cognitivo rispetto a quelli che ricevevano altri trattamenti. Questo aggiunge peso all'idea che Lev possa offrire benefici terapeutici oltre al suo utilizzo originale come farmaco per l'epilessia.

Conclusione

Gli studi discussi illustrano un legame cruciale tra i cambiamenti presinaptici nel cervello e lo sviluppo precoce della malattia di Alzheimer. Forniscono importanti intuizioni su come trattamenti come Lev possono potenzialmente modificare la progressione della malattia alterando il modo in cui il cervello elabora le proteine e riducendo la produzione di amiloide.

Con la continua ricerca, questi risultati potrebbero portare a strategie più efficaci per prevenire la malattia di Alzheimer, in particolare mirano ai cambiamenti precoci nella funzione cerebrale. Con i suoi risultati promettenti, Lev potrebbe presto svolgere un ruolo chiave nella lotta contro l'Alzheimer, specialmente in popolazioni ad alto rischio come quelle con sindrome di Down.

Direzioni Future nella Ricerca sull'Alzheimer

Andando avanti, la ricerca continua sui meccanismi della patologia amiloide e sull'impatto di vari trattamenti sarà essenziale. Capire come prevenire i cambiamenti iniziali nel cervello potrebbe aprire nuove strade per la terapia.

Con il potenziale di nuovi trattamenti all'orizzonte, rimane la speranza di trovare modi efficaci per prevenire o almeno ritardare l'insorgenza della malattia di Alzheimer, dando a chi ne è colpito una possibilità di vita migliore.

Fonte originale

Titolo: Levetiracetam prevents Aβ42 production through SV2a-dependent modulation of App processing in Alzheimer's disease models

Estratto: In Alzheimers disease (AD), amyloid-beta (A{beta}) peptides are produced by proteolytic cleavage of the amyloid precursor protein (APP), which can occur during synaptic vesicle (SV) cycling at presynapses. Precisely how amyloidogenic APP processing may impair presynaptic proteostasis and how to therapeutically target this process remains poorly understood. Using App knock-in mouse models of early A{beta} pathology, we found proteins with hampered degradation accumulate at presynaptic sites. At this mild pathological stage, amyloidogenic processing leads to accumulation of A{beta}42 inside SVs. To explore if targeting SVs modulates A{beta} accumulation, we investigated levetiracetam (Lev), a SV-binding small molecule drug that has shown promise in mitigating AD-related pathologies despite its mechanism of action being unclear. We discovered Lev reduces A{beta}42 levels by decreasing amyloidogenic processing of APP in a SV2a-dependent manner. Lev corrects SV protein levels and cycling, which results in increased surface localization of APP, where it favors processing via the non-amyloidogenic pathway. Using metabolic stable isotopes and mass spectrometry we confirmed that Lev prevents the production of A{beta}42 in vivo. In transgenic mice with aggressive pathology, electrophysiological and immunofluorescent microscopy analyses revealed that Lev treatment reduces SV cycling and minimizes synapse loss. Finally, we found that human Down syndrome brains with early A{beta} pathology, have elevated levels of presynaptic proteins, confirming a comparable presynaptic deficit in human brains. Taken together, we report a mechanism that highlights the therapeutic potential of Lev to modify the early stages of AD and represent a promising strategy to prevent A{beta}42 pathology before irreversible damage occurs. One Sentence SummaryWe discovered that the SV-binding drug levetiracetam prevents A{beta}42 production by modulating SV cycling which alters APP localization and thus proteolytic processing, highlighting its therapeutic potential for AD.

Autori: Jeffrey N Savas, N. R. Rao, O. DeGulis, T. Nomura, S. Lee, T. J. Hark, J. C. Dynes, E. X. Dexter, M. Dulewicz, J. Ge, A. Upadhyay, E. F. Fornasiero, R. Vassar, J. Hanrieder, A. Contractor

Ultimo aggiornamento: 2024-10-28 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.28.620698

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.28.620698.full.pdf

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/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.

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