Proteine LRRK e il loro ruolo nella malattia di Parkinson

La malattia di Parkinson (PD) è un disturbo del movimento comune che peggiora col tempo. Colpisce principalmente un gruppo specifico di cellule cerebrali chiamate Neuroni dopaminergici, situati in una parte del cervello conosciuta come sostanza nera. Questi neuroni producono dopamina, una sostanza chimica che aiuta a controllare il movimento. Man mano che questi neuroni muoiono, le persone possono sperimentare movimenti più lenti, tremori e problemi di equilibrio.

Una delle principali cause della malattia di Parkinson sono le mutazioni in un gene chiamato LRRK2. Circa il 5% dei casi familiari (quelli che si trasmettono nelle famiglie) e l'1-2% dei casi sporadici (quelli che si verificano senza una chiara storia familiare) di Parkinson sono collegati a questo gene. Le mutazioni in LRRK2 possono portare a forme ereditarie della malattia, oltre che a casi che si sviluppano senza alcuna storia familiare.

LRRK2 è una grande proteina composta da oltre 2.500 amminoacidi. È formata da diverse parti distinte, tra cui regioni conosciute come ripetizioni ricche di leucina, un dominio simile a GTPasi, un dominio C-terminale di Roc e un dominio chinasi. Un'altra proteina strettamente correlata a LRRK2 è LRRK1, che condivide molte parti simili con LRRK2. Entrambe le proteine si trovano in tutto il corpo, ma LRRK2 è particolarmente abbondante nei reni. Anche se la maggior parte delle mutazioni collegate al Parkinson si trovano in LRRK2, alcune rare variazioni in LRRK1 potrebbero essere collegate alla malattia.

La ricerca ha dimostrato che LRRK2 è essenziale per un processo cellulare chiamato autofagia, che aiuta a rimuovere le parti danneggiate delle cellule. Gli studi hanno scoperto che i topi privi di LRRK2 mostrano segni di problemi ai reni e livelli aumentati di una proteina chiamata alfa-sinucleina, che si trova spesso nei cervelli delle persone con malattia di Parkinson. È interessante notare che quando i ricercatori hanno esaminato topi che mancavano sia di LRRK1 che di LRRK2, hanno osservato la perdita di neuroni dopaminergici man mano che questi topi invecchiavano. Tuttavia, questi topi affrontavano anche problemi di salute che potrebbero rendere difficile determinare se la perdita di neuroni fosse causata direttamente dall'assenza di queste proteine.

#Creazione di un modello speciale di topo

Per capire meglio il ruolo di LRRK2 e del suo parente stretto LRRK1 nella sopravvivenza dei neuroni dopaminergici, gli scienziati hanno creato un tipo speciale di topo che può avere i geni LRRK1 e LRRK2 disattivati specificamente in questi neuroni. I ricercatori hanno prima modificato geneticamente i topi per consentire una facile eliminazione di LRRK1 e LRRK2. Poi hanno incrociato questi topi con un altro tipo di topo che consente di eliminare geni nei neuroni dopaminergici, guardando specificamente quelli nella sostanza nera.

Una volta creati questi nuovi topi, hanno verificato che le modifiche funzionavano come previsto, confermando che LRRK1 e LRRK2 non erano presenti nei neuroni attesi. Ciò è stato ottenuto esaminando il loro tessuto cerebrale e assicurandosi che le proteine LRRK1 e LRRK2 fossero effettivamente assenti.

I nuovi modelli di topo, che avevano i geni LRRK eliminati solo nei neuroni dopaminergici, sembravano sani quando erano più giovani. Tuttavia, man mano che invecchiavano, i ricercatori hanno trovato un declino costante in questi neuroni. A 15 mesi, il numero di neuroni dopaminergici era simile a quello dei topi normali. Ma a 20 mesi, il numero di questi neuroni è diminuito significativamente, e a 24 mesi, la perdita era ancora più pronunciata.

Il declino nei neuroni dopaminergici era anche collegato a segni aumentati di morte cellulare e Infiammazione nel cervello, e i topi hanno iniziato a mostrare segni di problemi motori, simili ai sintomi osservati nelle persone con malattia di Parkinson.

#Comprendere le modifiche genetiche

Il team di ricerca ha lavorato per garantire che le modifiche apportate ai geni LRRK1 e LRRK2 non disturbassero la loro funzione complessiva. Hanno fatto ciò esaminando da vicino i geni prima e dopo averli eliminati per confermare che si comportassero come previsto.

Conducendo test dettagliati, sono stati in grado di dimostrare che in questi topi appositamente allevati, i geni potevano effettivamente essere disattivati, portando a un'assenza chiara di entrambe le proteine LRRK1 e LRRK2.

I ricercatori hanno anche osservato che i gruppi di questi nuovi topi generati non mostravano problemi di salute significativi associati all'eliminazione completa di questi geni, a differenza dei modelli precedenti in cui sia LRRK1 che LRRK2 erano stati rimossi. Questo indicava che la perdita di LRRK1 e LRRK2 nei neuroni che producono dopamina causava i sintomi osservati correlati alla malattia di Parkinson.

#Indagare sulla salute e la degenerazione neuronale

Man mano che questi nuovi modelli di topo invecchiavano, i ricercatori hanno scoperto che il numero di neuroni dopaminergici sani diminuiva. A 24 mesi, il declino era significativo rispetto ai loro coetanei più giovani. I neuroni rimanenti mostravano anche segni aumentati di Apoptosi, un processo in cui le cellule subiscono una morte cellulare programmata.

Gli scienziati hanno effettuato ulteriori test per misurare la salute neuronale utilizzando marcatori che indicano la funzione e l'integrità dei neuroni. Hanno anche controllato i segni di infiammazione nel cervello, osservando un aumento delle cellule microgliali, che sono cellule immunitarie che possono rispondere a lesioni o perdite neuronali.

È interessante notare che, mentre la perdita di neuroni dopaminergici era evidente, altri tipi di neuroni sono rimasti inalterati, suggerendo che l'eliminazione dei geni LRRK avesse impattato specificamente la sopravvivenza dei neuroni dopaminergici.

#Cambiamenti nella struttura cerebrale

Per esplorare ulteriormente le differenze tra i neuroni dopaminergici nel loro modello speciale di topo e nei topi normali, i ricercatori hanno utilizzato tecniche di imaging avanzate per studiare la struttura del cervello. Hanno guardato specificamente a piccoli vacuoli all'interno dei neuroni che di solito si vedono quando le cellule sono sotto stress.

Nonostante la significativa perdita di neuroni dopaminergici, i nuovi topi mostravano un numero simile di vacuoli rispetto ai loro coetanei sani. Questo indicava che i cambiamenti strutturali visti nei modelli precedenti, in cui sia LRRK1 che LRRK2 erano stati rimossi, potrebbero essere dovuti ad altri fattori come l'infiammazione piuttosto che solo all'assenza delle proteine LRRK.

#Il ruolo dell'infiammazione

L'aumento delle cellule microgliali suggerisce una risposta immunitaria aumentata nel cervello, che potrebbe non essere solo un prodotto della perdita neuronale, ma potrebbe anche contribuire al processo della malattia. I ricercatori hanno notato che queste cellule immunitarie potrebbero reagire ai cambiamenti che avvengono nei neuroni dopaminergici, poiché la loro sopravvivenza era compromessa.

Ulteriori analisi hanno mostrato che il numero di microglia aumentava costantemente man mano che i topi appositamente allevati invecchiavano, indicando una potenziale correlazione tra la perdita di neuroni e l'attivazione della risposta immunitaria. Questo punta a un'interazione complessa tra la salute neuronale e il sistema immunitario nel contesto della malattia di Parkinson.

#Abilità motorie e comportamenti

Per vedere se la perdita di neuroni dopaminergici influenzasse il comportamento, i ricercatori hanno sottoposto i topi a test di abilità motorie. Hanno notato differenze nel modo in cui si muovevano i topi appositamente allevati rispetto ai loro coetanei sani, indicando problemi di coordinazione.

I test hanno rivelato che i topi più giovani con eliminazioni affrontavano sfide nel percorrere travi strette, mostrando più inciampi e tempi di percorrenza più lunghi rispetto ai topi di controllo. Le prestazioni peggioravano man mano che i topi invecchiavano, evidenziando ulteriormente il ruolo delle proteine LRRK nel mantenere le funzioni motorie attraverso la salute neuronale.

#Conclusione: L'importanza di LRRK nei neuroni dopaminergici

Questa ricerca ha messo in evidenza che sia LRRK1 che LRRK2 giocano ruoli critici nella sopravvivenza dei neuroni dopaminergici. La perdita di queste proteine specificamente in questi neuroni ha portato a problemi di sviluppo, perdita neuronale e deficit motori simili a quelli osservati nella malattia di Parkinson.

Capire come funzionano le proteine LRRK potrebbe fornire spunti su potenziali bersagli terapeutici per trattare la malattia di Parkinson. I risultati suggeriscono che mantenere livelli sani di LRRK nei neuroni dopaminergici è cruciale per prevenire la perdita neuronale e preservare le funzioni motorie.

La ricerca futura potrebbe approfondire ulteriormente come queste proteine interagiscono con altri processi cellulari e come alterare la loro funzione potrebbe influenzare la progressione della malattia di Parkinson. Capendo i meccanismi in gioco, gli scienziati sperano di sviluppare strategie migliori per la diagnosi e il trattamento di questa malattia difficile.