Targeting le proteine per il trattamento della sclerosi multipla
La ricerca evidenzia un modo per trattare potenzialmente la sclerosi multipla colpendo proteine specifiche negli astrociti.
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Indice
- Il Ruolo della Glicolisi nella Funzione delle Astrocyti
- L'Importanza della Piruvato Chinasi M2 (PKM2)
- Trovare TRIM21 e la Sua Connessione con PKM2
- Esaminare il Comportamento di PKM2 nei Topi EAE
- Effetti del Bloccare il Movimento di PKM2
- PKM2 e Vie Infiammatorie
- La Connessione con TRIM21
- Il Ruolo di TRIM21 nei Modelli EAE
- Bloccare il Movimento di PKM2 come Strategia Terapeutica
- Il Quadro Generale
- Fonte originale
- Link di riferimento
La sclerosi multipla (SM) è una malattia duratura che colpisce il sistema nervoso centrale. È una delle principali cause di disabilità tra i giovani adulti. I sintomi e le cause della SM sono piuttosto complessi e coinvolgono diversi tipi di cellule cerebrali, comprese le astrocyti, che sono un tipo di cellula che supporta le cellule nervose.
Le astrocyti sono il tipo più comune di cellule gliali nel cervello. Svolgono un ruolo fondamentale nella protezione e nel supporto dei neuroni. Quando il sistema nervoso centrale è danneggiato o malato, le astrocyti diventano attive. Questa attivazione porta a cambiamenti nel loro comportamento, compresi la crescita e modifiche nel loro aspetto fisico. Anche se questa risposta può aiutare inizialmente, può alla fine portare a problemi come la perdita di funzione cerebrale e disturbi neurologici.
Nella SM, le astrocyti attivate mostrano spesso segni precoci di danno prima che compaiano altre cellule immunitarie. È stato stabilito che queste astrocyti attivate sono coinvolte nelle fasi iniziali della malattia e contribuiscono allo sviluppo di lesioni nel cervello e nel midollo spinale.
Glicolisi nella Funzione delle Astrocyti
Il Ruolo dellaQuando sono attivate, le cellule immunitarie e le astrocyti necessitano di più energia per funzionare correttamente. Questo aumento del fabbisogno energetico porta a cambiamenti nel modo in cui queste cellule producono energia. Di solito, le cellule si affidano a un processo chiamato fosforilazione ossidativa per generare energia. Tuttavia, durante l'infiammazione, le cellule immunitarie passano a un metodo diverso noto come glicolisi aerobica. Questo cambiamento aiuta a supportare la loro attività aumentata, ma può anche portare a problemi a lungo termine.
La ricerca indica che le astrocyti nella SM possono fare affidamento in modo significativo su questo processo di glicolisi aerobica. Sono stati osservati alti livelli di questo tipo di produzione energetica nelle astrocyti di pazienti con SM. Questo cambiamento metabolico è essenziale per funzioni come la crescita cellulare, il rilascio di sostanze infiammatorie e la perdita finale di neuroni nel sistema nervoso centrale. Quindi, comprendere come avvenga questo cambiamento metabolico nelle astrocyti potrebbe fornire spunti sulla SM e altre malattie neurologiche.
PKM2)
L'Importanza della Piruvato Chinasi M2 (Un attore chiave nel passaggio alla glicolisi aerobica è un enzima noto come piruvato chinasi M2 (PKM2). Questo enzima controlla come il glucosio viene elaborato nella cellula. Quando l'attività di PKM2 è bassa, incoraggia le cellule a convertire il piruvato in lattato, promuovendo la glicolisi. PKM2 può esistere in due forme: una attiva nel citoplasma e un'altra che può spostarsi nel nucleo. Quando si trova nel nucleo, PKM2 può influenzare altri processi, come la crescita cellulare e l'infiammazione.
Nei casi di disturbi neurologici, compresa la SM, è stato trovato che PKM2 è elevato in alcune cellule cerebrali. Questo suggerisce che gioca un ruolo significativo nella progressione di queste malattie. Anche se studi precedenti hanno suggerito che PKM2 può influenzare la crescita delle astrocyti, il suo ruolo esatto nel cambiare come funzionano le astrocyti e il suo spostamento nel nucleo non è ancora completamente compreso.
TRIM21 e la Sua Connessione con PKM2
TrovareIn studi recenti, i ricercatori hanno identificato una proteina chiamata TRIM21 che interagisce con PKM2. Questa interazione sembra aiutare PKM2 a spostarsi nel nucleo. La presenza di TRIM21 sembra aumentare la glicolisi e la crescita delle astrocyti in modelli di EAE, che è una versione animale della SM. Mirando alla connessione tra TRIM21 e PKM2, i ricercatori sono stati in grado di ridurre la gravità della malattia in questi modelli.
Esaminare il Comportamento di PKM2 nei Topi EAE
Per capire meglio come si comporta PKM2 nei modelli di SM, gli scienziati hanno ottenuto campioni di midollo spinale da topi EAE in diverse fasi della malattia. Hanno scoperto che PKM2 ha iniziato a spostarsi nel nucleo precocemente nella malattia e è rimasto lì durante le fasi successive. Confrontando questo con topi di controllo normali, c'era un notevole aumento di PKM2 nei topi EAE, indicando una forte correlazione tra la presenza di PKM2 e la progressione della malattia.
Le astrocyti sono state poi isolate da questi topi ed esposte a determinati segnali delle cellule immunitarie per capire meglio il comportamento di PKM2. Quando esposte a questi segnali, le astrocyti hanno mostrato un'attività aumentata, identificata da livelli elevati di una proteina chiamata GFAP, che è un marcatore per le astrocyti attive. Inoltre, PKM2 è stato trovato anche in quantità maggiori nei nuclei di queste astrocyti stimolate, confermando l'idea che PKM2 si sposti nel nucleo durante l'EAE.
Effetti del Bloccare il Movimento di PKM2
Per capire come il blocco del movimento di PKM2 influisca sulla funzione delle astrocyti, i ricercatori hanno usato un composto chimico che impedisce a PKM2 di entrare nel nucleo. Quando le astrocyti sono state trattate con questo inibitore, hanno mostrato una crescita e una glicolisi ridotte, confermando che il movimento di PKM2 nel nucleo è cruciale per questi processi.
In saggi che misuravano la crescita cellulare, il trattamento ha portato a una diminuzione sia della proliferazione che della produzione di energia nelle astrocyti. Inoltre, il trattamento ha ridotto i livelli di sostanze infiammatorie prodotte dalle astrocyti attivate. Questo dimostra che impedire a PKM2 di entrare nel nucleo può influenzare significativamente il comportamento delle astrocyti.
PKM2 e Vie Infiammatorie
Una volta nel nucleo, PKM2 ha la capacità di attivare vie di segnalazione importanti, comprese quelle che coinvolgono STAT3 e NF-κB. Queste vie sono note per svolgere ruoli significativi nella regolazione dell'infiammazione e della crescita cellulare. Gli studi hanno indicato che quando PKM2 era presente nel nucleo, influenzava positivamente l'attività di STAT3 e NF-κB, portando a infiammazione e proliferazione cellulare.
Quando i ricercatori hanno inibito il trasporto nucleare di PKM2, hanno osservato una riduzione dell'attivazione di queste vie. Questo suggerisce che PKM2 non solo si sposta nel nucleo, ma lavora anche per regolare l'infiammazione attraverso queste vie critiche.
La Connessione con TRIM21
I ricercatori hanno anche scoperto che TRIM21 gioca un ruolo essenziale nel modo in cui PKM2 si sposta nel nucleo. Vari test hanno mostrato che quando TRIM21 è aumentato, porta a un aumento significativo della quantità di PKM2 nel nucleo delle astrocyti. Al contrario, ridurre TRIM21 ha comportato meno PKM2 nel nucleo, evidenziando l'importanza di TRIM21 in questo processo.
La connessione tra TRIM21 e PKM2 è ulteriormente illustrata da saggi di immunoprecipitazione, che hanno dimostrato che queste due proteine si legano insieme. TRIM21 aiuta a modificare PKM2 in un modo che promuove il suo movimento nucleare, principalmente attraverso un processo chiamato ubiquitinazione. Questa modifica non solo aiuta nel trasporto ma influisce anche sulla funzione di PKM2 una volta che è all'interno del nucleo.
Il Ruolo di TRIM21 nei Modelli EAE
Nei modelli di EAE, l'espressione di TRIM21 è risultata essere più alta nelle astrocyti durante le fasi picco e croniche della malattia rispetto ai controlli. Questo indica che TRIM21 potrebbe svolgere un ruolo nella promozione della progressione della malattia. Quando i ricercatori hanno ridotto TRIM21 nelle astrocyti in questi modelli, hanno notato una riduzione della gravità dei sintomi associati all'EAE. C'era meno infiammazione e danno, il che suggerisce che mirare a TRIM21 potrebbe essere una potenziale strategia terapeutica.
Bloccare il Movimento di PKM2 come Strategia Terapeutica
Un altro approccio studiato è stato quello di utilizzare un composto specifico, TEPP-46, noto per prevenire PKM2 dal muoversi nel nucleo. Il trattamento con TEPP-46 ha ridotto la gravità della malattia, l'infiammazione e il danno nei modelli di EAE. Questo conferma ulteriormente che bloccare la traslocazione nucleare di PKM2 potrebbe essere una strategia promettente per trattare la SM e malattie simili.
Il Quadro Generale
I risultati evidenziano la relazione complessa tra PKM2, TRIM21 e la funzione delle astrocyti nel contesto della SM. L'attivazione delle astrocyti attraverso queste proteine gioca un ruolo significativo nello sviluppo della malattia. Poiché le astrocyti e il loro comportamento sono essenziali in vari disturbi neurologici, comprendere i meccanismi alla base della loro attivazione e del loro metabolismo potrebbe aiutare a identificare nuovi target terapeutici.
Conclusione
Questo studio illumina il potenziale di mirare alla relazione TRIM21-PKM2 nelle astrocyti come strategia per trattare la SM. Comprendendo come queste proteine lavorano insieme e influenzano il comportamento delle astrocyti, i ricercatori possono aprire la strada a nuovi trattamenti che potrebbero alleviare gli effetti della sclerosi multipla e migliorare la qualità della vita di coloro che sono colpiti da questa malattia impegnativa.
Titolo: Upregulated expression of ubiquitin ligase TRIM21 promotes PKM2 nuclear translocation and astrocyte activation in experimental autoimmune encephalomyelitis
Estratto: Reactive astrocytes play critical roles in the occurrence of various neurological diseases such as multiple sclerosis. Activation of astrocytes is often accompanied by a glycolysis-dominant metabolic switch. However, the role and molecular mechanism of metabolic reprogramming in activation of astrocytes have not been clarified. Here, we found that PKM2, a notoriously known rate-limiting enzyme of glycolysis, displayed nuclear translocation in astrocytes of EAE (experimental autoimmune encephalomyelitis) mice, an animal model of multiple sclerosis. Prevention of PKM2 nuclear import by DASA-58 significantly reduced the activation of primary astrocytes, which was observed by decreased proliferation, glycolysis and secretion of inflammatory cytokines. Most importantly, we identified the ubiquitination-mediated regulation of PKM2 nuclear import by ubiquitin ligase TRIM21. TRIM21 interacted with PKM2, promoted its nuclear translocation and stimulated its nuclear activity to phosphorylate STAT3, NF-{kappa}B and interact with c-myc. Further single-cell RNA sequencing and immunofluorescence staining demonstrated that TRIM21 expression was upregulated in astrocytes of EAE. TRIM21 overexpressing in primary astrocytes enhanced PKM2-dependent glycolysis and proliferation, which could be reversed by DASA-58. Moreover, intracerebroventricular injection of a lentiviral vector to knockdown TRIM21 in astrocytes or intraperitoneal injection of TEPP-46, which inhibit the nuclear translocation of PKM2, effectively decreased disease severity, CNS inflammation and demyelination in EAE. Collectively, our study provides novel insights into the pathological function of nuclear glycolytic enzyme PKM2 and ubiquitination-mediated regulatory mechanism that are involved in astrocyte activation. Targeting this axis may be a potential therapeutic strategy for the treatment of astrocyte-involved neurological disease.
Autori: Yaping Yan, L. Yang, C. Hu, X. Chen, J. Zhang, Z. Feng, Y. Xiao, W. He, T. Cui, X. Zhang, Y. Yang, Y. Zhang
Ultimo aggiornamento: 2024-04-26 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.22.590550
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.22.590550.full.pdf
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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