Comprendere l’evoluzione delle proteine
Il misfolding delle proteine e la relativa aggregazione in fibrille amiloidi costituiscono il segno distintivo di alcune patologie gravi, come l’Alzheimer, la polineuropatia amiloide familiare (FAP) e l’aterosclerosi. È assodato che le fibrille amiloidi possano essere biologicamente funzionali, ma continua a non essere chiaro perché molte proteine diverse, che spesso assumono una stabile struttura funzionale quaternaria in condizioni normali, possano convertirsi in un aggregato amiloide ricco di β-sheet. C’è una domanda importante ancora senza risposta, che i ricercatori impegnati nel progetto STAMYEV, finanziato dall’UE, stanno cercando di risolvere, vale a dire se i meccanismi molecolari di formazione dell’amiloide si siano conservati nel corso dell’evoluzione. “Il nostro obiettivo era innanzitutto sviluppare strumenti e approcci utilizzabili per studiare la base molecolare della propensione all’amiloide delle proteine,” dichiara la ricercatrice del progetto Deborah Power. Anche se esistono parecchi studi sull’evoluzione dei geni, risultano scarse le ricerche sul modo con cui l’evoluzione delle proteine e le modifiche nelle sequenze proteine possano alterare il ripiegamento proteico, la struttura e le caratteristiche generali delle proteine. “Intendevamo conoscere perché, nel corso dell’evoluzione, se si tiene conto delle conseguenze negative che ha sulla salute dell’organismo, la formazione di amiloide sia stata mantenuta o, in alcuni casi, anche aumentata,” racconta Power. Apolipoproteina A-I Lo studio STAMYEV ha puntato a due proteine modello: l’apolipoproteina A-I (apoA-I), una proteina trasportatrice di colesterolo, implicata nell’aterosclerosi e nell’amiloidosi familiare, e la transtiretina (TTR), trasportatrice di ormoni tiroidei (TH) che forma l’amiloide nella FAP. Lo studio dell’apoA-I ha comportato varie modificazioni della sequenza della proteine e la valutazione del relativo impatto sul ripiegamento e la stabilità della proteina. Questo studio ha incluso un mutante dell’apoA-I recentemente identificato nei pazienti affetti da amiloidosi apoA-I. “La mutazione dell’apoA-1 presenta una peculiarità unica: ha scarso effetto sulla struttura secondaria generale della proteine e comunque ne riduce la stabilità,” spiega Power. I ricercatori hanno anche osservato che varie mutazioni puntiformi in una particolare regione della proteina (il dominio di fascio di eliche) causava un impaccamento di catena laterale aromatica modificata relativo alla proteina nativa. Nell’ambito di questo studio, i ricercatori si sono affidati a una versione tronca della proteina ApoA-I composta soltanto della sua regione N-terminale, che è estremamente stabile rispetto alla proteina a lunghezza intera estremamente instabile. Gli studi hanno consentito al team della ricerca di validare l’uso delle varianti troncate al C-terminale come modelli strutturali per comprendere la stabilità e la propensione all’amiloide dei loro omologhi a lunghezza intera. Transtiretina (TTR) I ricercatori del progetto hanno anche affrontato la questione dell’evoluzione delle proteine e le relative modalità di influenza su struttura e stabilità delle proteine. In questo caso, i ricercatori hanno utilizzato la TTR tratta dai primi vertebrati ancora esistenti, le lamprede, e da abramide di mare, confrontandole entrambe con la proteina umana. “La nostra accurata analisi di confronto della stabilità e della propensione alla formazione di amiloide delle tre TTR distanti dal punto di vista evolutivo ha rivelato che, durante l’evoluzione dagli agnati agli umani, la TTR ha acquisito un’affinità non solo per i TH, ma è anche divenuta più soggetta all’amiloide e, paradossalmente, meno stabile,” riferisce Power. Power sottolinea come tali risultati fossero completamente inattesi, poiché la proteina più termostabile nell’uomo era più soggetta ad amiloide. “Ora stiamo conducendo ulteriori studi mirati a comprendere meglio la base molecolare della maggiore termostabilità e propensione all’amiloide della TTR nell’uomo,” aggiunge. In vista di migliori trattamenti Fornendo una migliore comprensione del processo sotteso a varie malattie neurodegenerative comuni nelle popolazioni anziane, STAMYEV condurrà probabilmente all’identificazione di trattamenti nuovi e più efficaci. È un aspetto particolarmente importante in Europa, dove l’età media della popolazione sta lievitando. “Il costo delle malattie amiloidogeniche per la società sono ragguardevoli in termini di bisogni sanitari e perdita di lavoro, ma anche a causa dell’impatto negativo che hanno sulla struttura e sul funzionamento delle società,” conclude Power. “Prevediamo che il lavoro svolto nel quadro del progetto STAMYEV costituirà la base per studi futuri volti a inibire la formazione di amiloide.”
Parole chiave
STAMYEV, malattie neurodegenerative, formazione dell’amiloide, ripiegamento non corretto (misfolding) delle proteine
