Alzheimer, oltre i neuroni. Nuove scoperte per nuovi target terapeutici

Foto: Adobe Stock

Studiare le malattie neurodegenerative al banco di un laboratorio. A questo si dedicano Laura Civiero, biologa all’Università di Padova, e il suo gruppo di ricerca, che da tempo indagano il ruolo degli astrociti e le loro interazioni con altre cellule cerebrali, in particolare neuroni e microglia. Queste cellule svolgono un ruolo cruciale nella risposta a diverse patologie neurologiche, tra cui la malattia di Parkinson e di Alzheimer. Si tratta di una nuova direzione di ricerca, rispetto a quelle tradizionalmente percorse, che ha portato anche a nuove scoperte. Ne è esempio l’ultimo studio pubblicato dal team nella rivista scientifica Molecular Neurodegeneration, che ha individuato in una proteina espressa dagli astrociti, il recettore ACKR3 (Atypical Chemokine Receptor 3), un elemento chiave nella perdita di sinapsi, e delle capacità cognitive, in presenza di Alzheimer.

Abbiamo approfondito l’argomento in una lunga conversazione con Laura Civiero. 

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Perché studiare gli astrociti nelle malattie neurodegenerative?

Nelle patologie neurodegenerative, in generale, non si è ancora compreso quali siano gli esatti meccanismi molecolari alla base del progressivo danneggiamento dei neuroni. Per questo l’idea della comunità scientifica è stata quella di andare a osservare anche le cellule che circondano il neurone e ne sostengono l'attività. Si cerca dunque di comprendere come funziona la glia, quali funzioni perde nel corso della malattia, quali acquisisce e se, in qualche modo, è possibile intervenire per recuperare quelle compromesse. 

Da anni il nostro gruppo di ricerca studia il ruolo delle cellule gliali nella malattia di Parkinson, con un focus sugli astrociti e sul contributo della proteina LRRK2, uno dei principali fattori genetici associati alla patologia. Ebbene abbiamo visto, come del resto molti altri gruppi di ricerca a livello internazionale, che in caso di Parkinson gli astrociti perdono una funzione neuroprotettiva fondamentale, cioè quella di rimuovere il glutammato dallo spazio extracellulare nel sistema nervoso centrale. Il glutammato è un neurotrasmettitore che i neuroni rilasciano per comunicare tra loro: alterazioni nella sua regolazione sono state descritte in questa e altre patologie neurologiche e neurodegenerative.  

Su Molecular Neurodegeneration descrivete un nuovo meccanismo molecolare alla base della perdita di sinapsi nell’Alzheimer. Ci illustra i risultati dello studio?

Grazie a un finanziamento STARS (Supporting Talent in ReSearch) dell’Università di Padova,  abbiamo avviato una nuova linea di ricerca, considerando sempre però le cellule gliali. In questo caso siamo andati a individuare i geni coinvolti nella regolazione di una specifica funzione degli astrociti, studiando un aspetto meno esplorato rispetto alla ricaptazione del glutammato: ci siamo concentrati cioè sulla capacità di eliminare le sinapsi danneggiate, contribuendo al corretto funzionamento dei circuiti neuronali.

Utilizzando modelli in vitro, abbiamo  ridotto l’espressione  di circa 3.000 geni (down-regulation) e osservato quali avessero un impatto su questa funzione: ne è risultato che il gene che codifica per il recettore ACKR3 aveva un effetto particolarmente marcato. Abbiamo quindi studiato il meccanismo molecolare del recettore e osservato che agisce come una sorta di sensore: riconosce un segnale presente sulle sinapsi alterate e guida gli astrociti verso la loro rimozione. 

Ottenuti questi risultati, quali considerazioni avete potuto fare?

ACKR3 era già noto per essere sovraespresso nella malattia di Alzheimer, presente cioè in quantità elevate nei cervelli di pazienti con questa patologia. Ci siamo chiesti, dunque, se ci fosse una relazione: la funzione che stavamo studiando era la rimozione delle sinapsi e, nell'Alzheimer, una delle manifestazioni più precoci è proprio la perdita delle connessioni sinaptiche. A quel punto abbiamo ipotizzato che un’eccessiva attivazione del recettore potesse causare una rimozione anomala di sinapsi. 

Da qui è nata la collaborazione con Won-Suk Chung, un collega coreano che dispone di modelli sperimentali di Alzheimer e che studia argomenti molto simili ai nostri. Nei modelli animali abbiamo dunque osservato che, modulando ACKR3, cioè bloccandolo in modo specifico, è possibile recuperare almeno in parte alcuni deficit cognitivi associati alla perdita delle sinapsi. In pratica, bloccando il recettore gli astrociti eliminano meno sinapsi: queste rimangono presenti più a lungo e ciò si traduce in un recupero, almeno parziale, di alcune funzioni cognitive.

Come proseguirete ora le ricerche?

L’intenzione è di validare il risultato in maniera più estensiva. Di solito si utilizzano anche più modelli sperimentali (cioè sistemi biologici che riproducono alcune caratteristiche dell’Alzheimer, ndr). La patologia può avere anche una componente genetica, esistono forme più aggressive che sono causate da mutazioni specifiche. Per questo esistono diversi modelli di Alzheimer, modificati geneticamente, su cui è importante verificare i risultati. 

Il passo successivo, che è anche quello più vicino a una possibile applicazione terapeutica, consiste nell'utilizzare molecole che agiscono sul recettore ACKR3, trattando direttamente il modello sperimentale. Lo screening da cui siamo partiti si è rivelato un’idea interessante, proprio perché tutti i 3.000 geni che abbiamo analizzato erano druggable, costituivano cioè possibili bersagli terapeutici di molecole che già esistono.  

Avete già individuato una molecola specifica?

In realtà sono disponibili diverse molecole, perché ACKR3 è un recettore molto studiato. Esiste anche un nanobody, cioè un anticorpo che blocca il recettore con un meccanismo diverso rispetto alle altre molecole. Dunque ci sono varie possibilità da esplorare. 

Come lavorate sui modelli sperimentali?

Noi lavoriamo con cellule in vitro, anche di derivazione umana; produciamo astrociti umani derivati da cellule staminali pluripotenti indotte; ci serviamo di modelli animali. Si tratta in generale di modelli patologici che ricapitolano alcuni aspetti della malattia. Nelle cellule valutiamo i cosiddetti readout, cioè dei parametri (come la quantità di una proteina, l'attività di un recettore, etc. ndr) utili a capire se un determinata funzione cellulare cambia dopo la somministrazione di una molecola o una manipolazione sperimentale. Quando osserviamo una modifica rilevante rispetto alla condizione patologica, verifichiamo se l'effetto viene confermato anche nei modelli animali. 

Per molti anni la ricerca sull'Alzheimer si è concentrata sulle proteine beta-amiloide e tau. Come si inserisce il vostro studio nel quadro delle conoscenze attuali?

Oggi sta assumendo sempre più importanza la componente gliale. E quando parlo di glia non mi riferisco soltanto agli astrociti, ma anche alla microglia e, più in generale, ai processi infiammatori. L'idea di modulare l'attività della glia, o di intervenire sull'infiammazione, è oggi considerata una strategia interessante. È proprio in questo filone che si inserisce la nostra ricerca. 

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Guardando al futuro, quali sono le direzioni che ritiene più promettenti in ambito scientifico?

Credo che la componente gliale meriti ancora molta attenzione. Comprenderne il ruolo rappresenta una direzione promettente. Oggi disponiamo di approcci cosiddetti ‘omici’, che permettono di analizzare in maniera estremamente dettagliata ciò che esprimono le singole cellule, per esempio attraverso studi trascrittomici. Queste tecnologie consentono di osservare, praticamente cellula per cellula, che cosa stia succedendo all'interno di una determinata area del cervello: quali geni vengono espressi, quali funzioni sono attive e quali caratteristiche acquisiscono le cellule. Da questi studi emerge che non solo i neuroni dopaminergici nel caso del Parkinson, o quelli coinvolti nell'Alzheimer, presentano caratteristiche particolari durante la degenerazione, ma anche la glia. 

E l’aspetto interessante è che la glia non cambia in maniera uniforme. Esiste una notevole eterogeneità. Ci sono sottopopolazioni cellulari differenti: alcune potrebbero acquisire funzioni tossiche, altre mantenere o addirittura sviluppare funzioni protettive. Capire quali siano questi sottogruppi e quale ruolo svolgano è molto interessante. Per esempio, si potrebbe favorire l'attività delle popolazioni gliali benefiche e limitare quella delle cellule che diventano dannose.

Serve, dunque, studiare a fondo i meccanismi molecolari cerebrali… 

Credo che la ricerca stia andando proprio in questa direzione: comprendere con grande precisione che cosa accade nel cervello, identificare chi fa cosa, quali cellule cambiano e in che modo, per arrivare a interventi molto più mirati. Del resto osserviamo fenomeni infiammatori non solo nel Parkinson e nell'Alzheimer, ma anche nella sclerosi laterale amiotrofica, nell'epilessia e in molte altre patologie neurologiche, anche se non credo che si tratti sempre della stessa infiammazione. Bisogna capire quali siano le caratteristiche specifiche della risposta gliale in ciascuna malattia. Questo è uno dei temi che personalmente mi interessa maggiormente. 

Perché è così difficile capire le cause di malattie neurodegenerative come Alzheimer e Parkinson?

Perché sono patologie multifattoriali. Non esiste un'unica causa: a incidere sono fattori ambientali e il background genetico della persona. Per esempio, ci sono forme monogeniche, in cui è sufficiente la mutazione di un singolo gene per sviluppare la malattia. In questi casi la malattia si manifesta precocemente con un decorso più aggressivo. Nel Parkinson esistono forme monogeniche che presentano una penetranza incompleta: anche se si possiede la mutazione, la malattia potrebbe non svilupparsi.

Ciò significa che conta anche il patrimonio genetico complessivo della persona, cioè come si esprimono gli altri geni che regolano le diverse funzioni biologiche, oltre naturalmente allo stile di vita. È proprio questo che rende difficile capire le cause alla base delle malattie neurodegenerative: le variabili in gioco sono molte e non è semplice distinguerle.