Ricerche

Degli scienziati hanno sviluppato potenziali terapie che rimuovono selettivamente le proteine ​​tau aggregate e migliorano i sintomi della neurodegenerazione nei topi.

Neuroni (verde) con aggregati tau (rosso). Fonte: Sophie Sanford, UK-DRI / Università di Cambridge

Il team era formato da scienziati del laboratorio di biologia molecolare del Medical Research Council (MRC-LMB) e dell'UK Dementia Research Institute (UK-DRI) all'Università di Cambridge. Loro dicono che questo approccio promettente per il morbo di Alzheimer (MA) potrebbe anche essere applicato in futuro ad altri disturbi cerebrali guidati dall'aggregazione proteica all'interno delle cellule, come la malattia del motoneurone, l'Huntington, il Parkinson e il MA stesso.

In due studi, pubblicati su Cell e su Science, hanno dimostrato che usare le capacità uniche di una proteina chiamata TRIM21 offre alle potenziali terapie due vantaggi chiave: primo, distruggono solo gli aggregati di tau legati alla malattia, lasciando intatte le proteine ​​tau sane, e secondo, le terapie rimuovono aggregati di tau già formati nei topi, oltre a prevenire la formazione di nuovi.

Grovigli di tau

Esistono due proteine ​​principali che si ripiegano erroneamente e si accumulano in aggregati nel cervello delle persone colpite dal MA: tau e amiloide. Gli aggregati di amiloide si formano negli spazi tra le cellule cerebrali, dove sono puntati dalle nuove terapie anticorpali, come il lecanemab. Al contrario, i 'grovigli' di tau si formano in gran parte all'interno delle cellule nervose, e si diffondono da una cellula all'altra, fatto fortemente associato al declino cognitivo man mano che la malattia avanza.

È difficile per le terapie anticorpali accedere alle cellule tau dentro le cellule, quindi non rimuovono gli aggregati di tau esistenti. Nella migliore delle ipotesi ne impediscono la diffusione.

Altre tecniche per puntare la tau all'interno delle cellule, come gli oligonucleotidi anti-senso (ASO), hanno dimostrato di ridurre la tau in studi clinici preliminari promettenti, ma agiscono su tutta la tau del cervello e quindi rimuovono anche quella 'sana', con effetti collaterali a lungo termine non ancora noti. La proteina tau 'sana' di norma aiuta a fornire supporto strutturale all'interno delle cellule nervose nel cervello, agendo come impalcatura.

Tagliare le proteine ​​legate al MA

Questa nuova tecnica per puntare i grovigli di tau usa una scoperta del 2010 del laboratorio del dott. Leo James al MRC-LMB sul ruolo di una proteina unica chiamata TRIM21, che è una parte fondamentale della risposta immunitaria ai virus. Al di fuori della cellula, il corpo produce anticorpi che si legano ai virus invasori. Quando il virus legato dall'anticorpo entra in una cellula, la TRIM21 lo rileva e lo marca come 'immondizia', ​​consegnandolo allo 'scarico rifiuti' della cellula, il proteasoma, per essere distrutto.

Lo stesso team, che lavora sia al UK-DRI che al MRC-LMB, ha dimostrato nel 2023 che la TRIM21 potrebbe essere riutilizzata per distruggere gli aggregati di proteine ​​tau associati al MA. Cambiando gli anticorpi che legano i virus con anticorpi che si legano alla tau, la TRIM21 è stata ri-istruita a inviare gli aggregati di tau alla distruzione da parte del proteasoma.

La TRIM21 è particolarmente adatta a questo, per una sua caratteristica speciale, una parte della proteina chiamata 'RING' (anello) che viene attivata solo quando due o più proteine ​​TRIM21 si raggruppano insieme. Ciò significa che attiva e segna il suo obiettivo per la distruzione solo quando le proteine ​​TRIM21 sono legate a proteine ​​tau aggregate adiacenti.

Nuova terapia 'cavallo di Troia' per aggregati tau

Nei nuovi studi, gli scienziati hanno usato la TRIM21 per creare due nuove terapie che puntano gli aggregati di tau:

1. La prima terapia, "RING-Nanobody", combina un nano-corpo legante la tau, una versione in miniatura di un anticorpo, con il RING della TRIM21.
2. La seconda terapia, 'RING-Bait' (esca), vede il RING della TRIM21 unito a una copia della stessa proteina tau. La proteina tau legata al RING funge da esca. Gli aggregati la incorporano e incorporano anche il RING della TRIM21. Una volta che diverse RING-Bait sono aggiunte all'aggregato, si attivano e provocano la sua completa distruzione.

I ricercatori hanno introdotto il DNA che codificava le terapie TRIM21 in cellule contenenti tau aggregati e hanno scoperto che ha eliminato i grovigli tau. Come sperato, la tau 'sana' è rimasta intatta. Il dott. Will McEwan, primo coautore degli studi, dell'UK-DRI all'Università di Cambridge, ha dichiarato :

"Gli aggregati di tau sono nascosti all'interno delle cellule cerebrali e molto difficili da degradare. Criticamente, queste nuove terapie basate sulla TRIM21 possono essere consegnate direttamente all'interno delle cellule, dove risiedono la maggior parte degli aggregati di tau.

"Abbiamo trovato un modo che non solo degrada gli aggregati tau, ma lascia intatta la tau sana per fare il suo lavoro. La nuova strategia va oltre ciò che può essere ottenuto con le attuali terapie ASO ora sperimentate, in quanto potrebbe evitare qualsiasi potenziale effetto collaterale a lungo termine dell'eliminazione della tau normale".

Poiché malattie neurodegenerative diverse possono avere tipi diversi di tau mal ripiegata, hanno testato le terapie su cellule contenenti proteine ​​di tau aggregate prese dal tessuto cerebrale donato da persone che avevano il MA o la paralisi sopranucleare progressiva (PSP), che hanno diverse strutture di tau mal ripiegata.

La terapia RING-Bait è riuscita a prevenire l'aggregazione di tau indotta da proteine ​​del cervello di pazienti sia di MA che di PSP. Il dott. Leo James, coautore degli studi, del MRC-LMB di Cambridge, ha dichiarato:

"Le malattie neurodegenerative possono avere proteine ​​tau che si sono mal ripiegate in molti modi diversi, aumentando la possibilità di trattamenti diversi per ogni malattia. Un aspetto utile della RING-Bait è che, essendo attaccata a una proteina tau, è un cavallo di Troia universale che dovrebbe essere incorporato in diversi tipi di aggregati tau esattamente come la stessa proteina tau mal ripiegata della cellula".

I topi camminano meglio dopo la terapia

Affinché il trattamento funzioni in un animale, deve non solo entrare nel cervello, ma anche entrare all'interno delle sue cellule. Per fare ciò, i ricercatori hanno usato un virus innocuo sviluppato in precedenza per trasportare terapie come questa, chiamato 'virus adeno-associato' (AAV). che invia istruzioni al DNA per realizzare le proteine ​​personalizzate all'interno delle cellule cerebrali.

I topi anziani con aggregati di proteine ​​tau hanno avuto una iniezione con una singola dose del vettore della terapia genica contenente il trattamento, o un placebo. Nel giro di poche settimane, c'è stata una significativa riduzione della quantità di tau aggregata nelle cellule cerebrali degli animali trattati.

È importante che, nei topi che hanno ricevuto il trattamento RING-Bait, la progressione dei sintomi di neurodegenerazione è rallentata e hanno mostrato una funzione motoria significativamente migliore, come valutato da un programma di intelligenza artificiale che ha dato un punteggio al loro funzionamento. La dott.ssa Lauren Miller, una autrice dello studio, che ha lavorato sia all'UK-DRI che al MRC-LMB, ha dichiarato:

"Non sapevamo se la rimozione specifica di aggregati di tau all'interno della cellula fosse sufficiente per fermare la progressione della malattia. È incoraggiante che RING-Bait riduca la gravità della malattia nei nostri sistemi modello, poiché ciò suggerisce che la rimozione selettiva degli aggregati di tau è un approccio terapeutico valido. Saranno necessari ulteriori lavori per dimostrare che questo effetto benefico si ottiene su altri modelli di malattie umane".

Il dott Guido Papa, un autore dello studio, dell'MRC-LMB, ha dichiarato:

"La bellezza del RING-Bait sta nella sua ampia adattabilità e nel potenziale di affrontare altre condizioni caratterizzate dall'accumulo di gruppi patologici di proteine. Altre malattie neurodegenerative sono causate da aggregati formati da altre proteine, come la TDP43 nella malattia del motoneurone e l'alfa-sinucleina nel Parkinson. Si spera che RING-Bait consenta di sviluppare terapie che mirano direttamente al processo di aggregazione in queste malattie".

Gli scienziati avvertono che queste terapie richiedono ancora molto sviluppo prima che possano essere testate nell'uomo, in particolare lo sviluppo di un vettore AAV che possa fornire terapie RING-Nanobody o RING-Bait in modo sicuro ed efficace alle cellule in tutto il cervello umano. Il dott. Jonathan Benn, un autore dello studio, dell'UK-DRI all'Università di Cambridge, ha dichiarato:

"È importante sottolineare che, sebbene abbiamo dimostrato che funzioni in un modello di topo, questo è molto lontano da una terapia per l'uomo. Dovremmo determinare che è sicuro usare terapie basate sulla TRIM21 nel cervello umano e che i trattamenti sono efficaci sia per rimuovere aggregati che per migliorare il corso della malattia.

"Alcuni vettori AAV sono già approvati per l'uso nell'uomo, ad esempio nelle malattie degenerative degli occhi e nelle malattie genetiche come l'atrofia muscolare spinale. Tuttavia, introdurre AAV a sufficienza nel cervello adulto rimane una sfida significativa: il cervello umano è circa 1.000 volte più grande di quello del topo. Ma questo è un campo in rapido movimento e ci sono metodi di trasporto genico all'avanguardia che speriamo possano consentire alle nostre terapie di essere consegnate su larga scala in futuro".