L'impatto delle tossine e della genetica sulla malattia di Parkinson

La malattia di Parkinson (PD) colpisce milioni di persone in tutto il mondo. È un disturbo che porta alla perdita graduale delle cellule nervose nel cervello. Questa perdita provoca vari sintomi legati al movimento, come movimenti lenti, rigidità, tremori a riposo e problemi di equilibrio. Oltre a questi problemi motori, ci sono anche sintomi non motori come mancanza di motivazione, ansia, problemi di memoria, tristezza, allucinazioni, problemi di sonno, dolore e disturbi digestivi.

I problemi principali nella PD sono la perdita di neuroni che producono Dopamina in una parte del cervello chiamata sostanza nera. Questa perdita porta a livelli più bassi di dopamina, che è cruciale per controllare i movimenti. Un’altra caratteristica della PD è l’accumulo di una proteina chiamata Alfa-sinucleina, che forma agglomerati tossici per i neuroni, noti come corpi di Lewy e neuriti di Lewy.

La maggior parte dei casi di Parkinson si verifica senza una ragione conosciuta, ma studi hanno identificato più di 90 fattori genetici che possono aumentare il rischio di sviluppare la malattia. Sembra che la genetica contribuisca per circa il 35% al rischio di questa patologia. Anche se alcune mutazioni nel gene della alfa-sinucleina sono comuni nelle forme genetiche della PD, nessun modello animale riproduce tutti gli aspetti della malattia. Questa mancanza di modelli completi suggerisce che fattori ambientali giochino un ruolo fondamentale nello sviluppo della PD. È interessante notare che anche le persone con la stessa mutazione genetica possono mostrare sintomi molto diversi, indicando un mix complesso di fattori genetici, ambientali e legati all'età coinvolti nella malattia.

Ricerche recenti hanno suggerito che alcune tossine potrebbero essere coinvolte nello sviluppo della PD. Ad esempio, il lipopolisaccaride (LPS) è spesso usato per provocare una risposta immunitaria negli studi. Proviene dallo strato esterno di specifici batteri e può innescare Infiammazione sia nel corpo che nel cervello. Diversi studi hanno dimostrato che trattare animali con LPS può mimare alcuni sintomi della PD. Ad esempio, iniezioni ripetute di LPS in topi giovani hanno portato a una diminuzione di alcune cellule cerebrali 19 giorni dopo la prima dose, anche se non c'è stata ulteriore perdita dopo un periodo più lungo.

#Obiettivi della Ricerca

Questo studio mirava a testare l’idea che la PD si sviluppi attraverso un meccanismo di "doppio colpo". Questo significa che sia l’aumento dei livelli di endotossine come l'LPS che la presenza di alfa-sinucleina aggregata insieme scatenano la morte delle cellule cerebrali. I ricercatori hanno utilizzato ratti allevati per sovraesprimere la alfa-sinucleina umana. Questi ratti hanno mostrato i primi segni di malattia a quattro mesi di età, portando a una significativa perdita di neuroni produttori di dopamina a un anno e cambiamenti nel funzionamento di questi neuroni. Per vedere come l'LPS influenzasse questi ratti, i ricercatori li hanno iniettati con LPS quando avevano due mesi e hanno controllato i cambiamenti nell'infiammazione e nel sistema della dopamina tre mesi dopo.

#Comportamento Malato e Cambiamenti di Peso

Le iniezioni di LPS causano comportamenti malati nei ratti, simili a ciò che avviene negli esseri umani durante le infezioni. I ricercatori hanno misurato i segni di malattia e i cambiamenti nel peso corporeo a vari intervalli dopo l'iniezione di LPS. I ratti trattati con soluzione salina non mostrano segni di malattia, con solo una leggera diminuzione dell'attività osservata in alcuni ratti che sovraesprimono la alfa-sinucleina. Invece, quelli trattati con LPS mostravano un chiaro comportamento malato, raggiungendo il picco a 24 ore dopo l'iniezione. Sono diventati meno attivi, hanno adottato posture arcuate e il loro pelo appariva trasandato. Mentre i ratti trattati con soluzione salina guadagnavano gradualmente peso, i ratti trattati con LPS hanno subito una perdita di peso, perdendo oltre 40 grammi poco dopo l'iniezione ma iniziando a riprendersi nelle settimane successive.

#Indagare l’Inflammatione Duratura

I ricercatori hanno esaminato se una singola dose di LPS potesse causare infiammazione duratura nelle regioni cerebrali di interesse. Hanno utilizzato tecniche avanzate di citometria a flusso per identificare le varie cellule immunitarie coinvolte.

I risultati hanno indicato che la percentuale di alcune cellule immunitarie, chiamate monociti/macrofagi, aumentava nei cervelli dei ratti che sovraesprimono la alfa-sinucleina quando trattati con LPS rispetto ai ratti di controllo. Tuttavia, non c’erano cambiamenti significativi nelle cellule immunitarie residenti del cervello (microglia) nel gruppo trattato con LPS rispetto agli animali trattati con soluzione salina.

Anche se il numero di microglia non è cambiato, i ricercatori hanno esplorato il loro stato di attivazione. Marcatori specifici di infiammazione hanno mostrato che le microglia nei ratti trattati con LPS erano più attivate rispetto a quelle trattate con soluzione salina. C'era anche evidenza di cambiamenti nella struttura delle microglia che indicavano una risposta all'infiammazione innescata da LPS.

#Infiltrazione di Cellule Immunitarie Periferiche

Dato che le cellule immunitarie del corpo possono influenzare il cervello, i ricercatori hanno esaminato se l'iniezione di LPS influenzasse l'ingresso di queste cellule nel cervello. Hanno identificato diversi tipi di cellule immunitarie, tra cui cellule T, cellule B e cellule natural killer (NK). I risultati hanno mostrato che le cellule T aumentavano significativamente in una regione cerebrale dei ratti trattati con LPS e che sovraesprimono la alfa-sinucleina, mentre non c'erano cambiamenti significativi nelle cellule B o NK. In un'altra area del cervello, le cellule T sono aumentate anche nei ratti WT (wild-type) dopo il trattamento con LPS.

Per capire il quadro completo delle risposte immunitarie, hanno anche esaminato il sangue periferico. Non sono state trovate variazioni significative nelle percentuali di cellule B, cellule NK e granulociti. Tuttavia, c'è stato un aumento notevole dei monociti nei ratti che sovraesprimono la alfa-sinucleina trattati con LPS.

#Effetti dell’LPS sui Cambiamenti dei Neuroni della Dopamina

Poi, i ricercatori hanno indagato se la tossina potesse danneggiare i neuroni della dopamina nei ratti. Hanno effettuato conteggi stereologici delle cellule per vedere quanti neuroni produttori di dopamina erano stati persi tre mesi dopo l'iniezione di LPS. Hanno scoperto che sia i ratti WT che quelli che sovraesprimono la alfa-sinucleina hanno subito una significativa perdita di questi neuroni dopo LPS. Tuttavia, la diminuzione era più pronunciata nei ratti che sovraesprimono la alfa-sinucleina.

Per determinare se ciò fosse dovuto a una vera perdita o solo a una downregulation del marcatore della dopamina, hanno controllato un altro marcatore della dopamina in quei neuroni. La presenza di neuroni negativi per la dopamina che esprimevano ancora l'ulteriore marcatore era osservata di più nel gruppo WT, suggerendo che alcuni dei neuroni della dopamina nel WT fossero ancora vivi ma non esprimessero dopamina.

#Cambiamenti Morfologici nella Sostanza Nera

Lo studio ha anche esaminato la struttura dei neuroni della dopamina dopo il trattamento con LPS. C'era un cambiamento notevole nell'aspetto di questi neuroni nei ratti che sovraesprimono la alfa-sinucleina. Le proiezioni dendritiche di questi neuroni risultavano alterate con meno ramificazioni e cambiamenti di forma, indicando danni.

#Cambiamenti nello Striato

Nonostante la chiara perdita di neuroni della dopamina nella sostanza nera dopo il trattamento con LPS nei ratti che sovraesprimono la alfa-sinucleina, i livelli di dopamina nello striato non mostravano la stessa diminuzione. C'era una significativa perdita di rilascio di dopamina nello striato nei ratti trattati con LPS e che sovraesprimono la alfa-sinucleina, ma non sono stati identificati cambiamenti nei livelli del marcatore della dopamina in quella zona.

#Cambiamenti Funzionali e Morfologici

I ricercatori hanno testato la capacità funzionale del sistema della dopamina registrando il rilascio di dopamina nello striato. I risultati hanno mostrato che la quantità di dopamina rilasciata era significativamente più bassa nei ratti che sovraesprimono la alfa-sinucleina trattati con LPS rispetto a quelli trattati con soluzione salina. Tuttavia, il tasso di diminuzione della dopamina non è cambiato tra i due gruppi.

Inoltre, hanno valutato come i farmaci che influenzano il riassorbimento e il rilascio di dopamina influenzassero il sistema della dopamina. Anche se entrambi i gruppi hanno risposto a questi farmaci, non ci sono state differenze significative tra i gruppi, indicando una somiglianza nel funzionamento dei loro sistemi della dopamina nonostante le differenze sottostanti nella perdita neuronale.

In aggiunta, sono stati condotti test comportamentali per valutare le abilità motorie degli animali e i comportamenti simili all'umore. Non sono state observe differenze significative nella coordinazione motoria, nell'attività esplorativa o nella preferenza per soluzioni dolci nei ratti dopo l'iniezione di LPS.

#Conclusione

I risultati suggeriscono che la malattia di Parkinson è influenzata da un mix di fattori genetici e ambientali. Questo modello a doppio colpo evidenzia come la combinazione di una predisposizione genetica alla PD e fattori ambientali come l'infiammazione possa portare alla Neurodegenerazione. Questi risultati indicano che il sistema immunitario gioca un ruolo cruciale sia nell'inizio che nella progressione della malattia di Parkinson.

In sostanza, l'infiammazione insieme ai rischi genetici presenta un ambiente complesso favorevole allo sviluppo della malattia di Parkinson. Future ricerche sono necessarie per esplorare i meccanismi esatti e le interazioni in gioco, specialmente nelle fasi successive dopo l'esposizione a questi inneschi ambientali. Le intuizioni derivate da questa ricerca potrebbero alla fine portare a migliori strategie per la prevenzione e il trattamento di questa condizione difficile.

#Riepilogo dei Metodi

Per condurre questa ricerca, sono stati utilizzati specifici tipi di ratti geneticamente modificati per sovraesprimere la alfa-sinucleina umana. Lo studio ha seguito rigide linee guida etiche riguardo alla cura degli animali. Una singola dose di LPS è stata iniettata nei ratti a due mesi di età, e vari test e misurazioni sono stati effettuati nei mesi successivi. Il peso corporeo è stato monitorato e i comportamenti malati sono stati osservati.

Tecniche avanzate di citometria a flusso sono state impiegate per analizzare i tipi e gli stati delle cellule immunitarie sia nel sangue periferico che nelle regioni cerebrali. Conteggi stereologici e metodi immunoistochimici sono stati utilizzati per valutare la perdita neuronale e i cambiamenti nelle strutture cerebrali. Inoltre, sono stati eseguiti saggi funzionali per il rilascio di dopamina utilizzando tecniche di registrazione avanzate, e sono state effettuate valutazioni comportamentali per valutare le funzioni motorie e le risposte d'umore.

Tutti i risultati sono stati analizzati statisticamente per determinare differenze significative tra i gruppi, fornendo un quadro completo di come LPS e sovraespressione della alfa-sinucleina interagiscano per influenzare la neurodegenerazione e la progressione della malattia di Parkinson.