11 settembre 2006
Due nuovi rapporti questa settimana mostrano cosa può succedere quando i neurotrasmettitori non vanno bene, con ramificazioni per l’Alzheimer e il Parkinson.
In primo luogo, un documento nel 7 settembre Neuron descrive un nuovo modello murino di disfunzione colinergica, con alcuni intriganti problemi di memoria e apprendimento che ricordano l’Alzheimer. Il rapporto, da Marc Caron della Duke University di Durham, North Carolina; Marco Prado della Universidade Federal de Minas Gerais, a Belo Horizonte, Brasile; e colleghi, mostra che i topi con ridotta espressione del trasportatore acetilcolina vescicolare (VAChT) hanno moderatamente diminuito il tono colinergico nel SNC. Comportamentalmente, gli animali mostrano notevoli difetti nel riconoscere oggetti familiari e animali, simili ai problemi cognitivi visti con la malattia di Alzheimer. Il deficit di memoria sociale è stato invertito trattando i topi con inibitori della colinesterasi, la stessa strategia utilizzata per il trattamento dei sintomi cognitivi nel MA. Oltre a dimostrare un ruolo importante per VAChT nel mantenere il normale turnover di acetilcolina, i topi forniscono un modello utile per studiare nuovi trattamenti per la disfunzione colinergica di AD e altre malattie.
Un secondo rapporto nel Journal of Neuroscience del 6 settembre mostra che l’α-sinucleina, che può causare la malattia di Parkinson ereditaria quando è mutata o sovraespressa, aumenta la dopamina citosolica nei neuroni, aggiungendo supporto all’idea che sia la dopamina stessa a causare il maggior danno nella malattia di Parkinson (vedi ARF related news story).
Nel primo rapporto, i ricercatori hanno applicato una strategia knockdown per capire il ruolo di VAChT nella neurotrasmissione dell’acetilcolina. VAChT è necessario per riempire le vescicole di stoccaggio con ACh per il rilascio nelle sinapsi, e il primo autore Vania Prado e colleghi hanno pensato che eliminarlo completamente sarebbe stato letale. Invece, hanno creato un allele knockdown interrompendo la regione non tradotta 5′ del gene, che ha causato una riduzione parziale dei livelli di mRNA VAChT. Il risultato nei topi eterozigoti è stata una riduzione di circa il 40 per cento della proteina VAChT; gli omozigoti hanno mostrato una diminuzione del 65 per cento.
Gli animali erano vitali, ma avevano un minore rilascio di ACh alle giunzioni neuromuscolari, che è stato attribuito a una diminuzione del contenuto vescicolare di ACh. Le ramificazioni erano gravi per gli omozigoti: hanno mostrato significative menomazioni nella forza muscolare, un’incapacità di navigare il rotorod, e pochissima resistenza fisica su un tapis roulant. Al contrario, gli eterozigoti hanno impiegato più tempo dei topi normali per imparare il rotorod, ma alla fine hanno raggiunto la stessa competenza dei loro compagni di cucciolata wild-type. Apparentemente, i topi tolleravano una moderata diminuzione di VAChT alle giunzioni neuromuscolari senza problemi motori, ma al di sotto di una certa soglia la carenza era invalidante.
I problemi muscolari degli omozigoti hanno impedito loro di essere testati per problemi comportamentali, ma i topi eterozigoti hanno fornito l’opportunità di studiare il contributo del sistema nervoso centrale di acetilcolina ai comportamenti complessi. Per fare questo, i ricercatori hanno prima confermato che il tono colinergico era ridotto negli eterozigoti. Misure di microdialisi nella corteccia frontale e nello striato di animali vivi hanno mostrato livelli extracellulari di ACh ridotti di un terzo e il rilascio stimolato smorzato. L’ACh totale del cervello era in realtà aumentata, ma la riduzione di VAChT ha portato a un pool più piccolo rilasciabile.
Gli animali eterozigoti hanno eseguito proprio come i loro normali compagni di cucciolata in un test di evitamento, dove hanno dovuto imparare e ricordare di non scendere su una piattaforma elettrificata. I risultati dimostrano che questa via di apprendimento e memoria ippocampale-dipendente è conservata negli animali nonostante il loro scarso tono colinergico. Ma in un test diverso, di riconoscimento degli oggetti, gli eterozigoti hanno fatto più male a ricordare gli oggetti familiari 1,5 o 24 ore dopo l’allenamento. Quando l'”oggetto” era un altro animale, anche loro non riuscivano a reagire ad esso come familiare. Poiché i topi si riconoscono a vicenda in base all’odore, i ricercatori hanno escluso che gli eterozigoti avessero problemi olfattivi, e hanno concluso che il fallimento del riconoscimento sociale era un vero difetto cognitivo. Questo difetto di memoria imita alcuni sintomi di AD, ed è interessante notare che è stato invertito aumentando ACh con inibitori della colinesterasi. Questo dimostra che gli effetti della memoria erano dovuti alla riduzione di ACh e non a qualche effetto di sviluppo di VAChT abbassato. Gli inibitori della colinesterasi non hanno avuto alcun effetto sul comportamento dei topi wild-type.
“Le nostre osservazioni supportano la nozione che un ridotto tono colinergico nei modelli di topo AD può effettivamente causare deficit nella memoria sociale”, scrivono gli autori. Studi futuri utilizzando questi topi, dicono, possono aiutare a capire i contributi del declino colinergico ai cambiamenti comportamentali che accompagnano le patologie del SNC. Inoltre, notano che i loro risultati suggeriscono che una diminuzione dell’espressione del trasportatore vescicolare è meno tollerata rispetto alle diminuzioni dell’enzima sintetico ACh colina acetiltransferasi, che è ampiamente utilizzato per misurare i deficit colinergici in AD.
Sul lato della ricerca di base, il lavoro dimostra un altro sito di regolazione della neurotrasmissione, questo a livello presinaptico del caricamento ACh in vescicole. Questo punto è esplorato in un’anteprima di accompagnamento da Thomas Hnasko e Robert Edwards dell’Università della California, San Francisco.
Nella seconda carta, gli effetti patologici di α-sinucleina sono legati a un caso di troppo neurotrasmettitore piuttosto che troppo poco. In questo caso, il neurotrasmettitore è la dopamina, che può causare danni ossidativi quando si accumula nel citosol. In condizioni normali, la dopamina citosolica contribuisce solo una piccola frazione della dopamina cellulare totale, la maggior parte della quale è sequestrata nelle vescicole. Per misurare solo il pool citosolico, il primo autore Eugene Mosharov ha utilizzato l’elettrochimica intracellulare. Ha scoperto che nelle cellule PC12, la dopamina citosolica è al di sotto del limite di rilevazione con questa tecnica, ma trattando la cellula con L-DOPA ha prodotto segnali rilevabili. Il trattamento delle cellule PC12 che sovraesprimevano l’α-sinucleina wild-type o mutante (A30P o A53T) ha causato un aumento maggiore della dopamina citosolica rispetto alle cellule senza le proteine, con i mutanti che avevano l’effetto maggiore. Per assicurarsi che il risultato non fosse limitato alle cellule trattate con L-DOPA, i ricercatori hanno esaminato le cellule surrenali cromaffini di topo che avevano livelli basali rilevabili di dopamina citosolica. Hanno scoperto che le cellule derivate da topi transgenici che esprimono il mutante α-sinucleina A30P (ma non l’α-sinucleina wild-type) hanno mostrato un aumento di due volte della concentrazione di dopamina citosolica.
Cosa potrebbe spiegare questo aumento? I ricercatori hanno controllato i livelli delle proteine chiave coinvolte nel metabolismo delle catecolamine, ma nessuno dei cambiamenti ha spiegato gli effetti. Sulla base di precedenti osservazioni che l’α-sinucleina potrebbe aumentare la permeabilità delle vescicole, hanno esaminato l’effetto della proteina sui granuli cromaffini isolati. Il trattamento delle vescicole con α-sinucleina purificata, sia mutante che wild-type, ha indotto la perdita di protoni dalle vescicole. Il collasso del gradiente proteico attraverso la membrana della vescicola dovrebbe diminuire l’assorbimento della dopamina nelle vescicole. Coerentemente con gli effetti sulla dopamina citosolica nelle cellule, le proteine mutanti hanno avuto un effetto maggiore di quelle wild-type sulla permeabilità delle vescicole.
Se la sinucleina causa una perdita di dopamina nelle cellule, questo potrebbe spiegare la tossicità selettiva della proteina per i neuroni dopaminergici. L’aumento della dopamina nelle cellule crea stress ossidativo, una proprietà non condivisa da altri neurotrasmettitori che potrebbero essere liberati dalla sinucleina in altri tipi di neuroni.