Ricerche

Oltre cento anni dopo essere stati identificati per la prima volta, due insidiosi segni del morbo di Alzheimer (MA) rimangono argomenti centrali della ricerca, entrambi formati da accumuli appiccicosi di proteine ​​nel cervello. L'amiloide-beta (Aβ) si solidifica in placche senili, che si raggruppano negli spazi extracellulari del tessuto nervoso, mentre la proteina tau crea forme aggrovigliate che affollano i corpi dei neuroni.

Placche e grovigli, considerati i segni distintivi classici del MA, sono oggetto di accesi dibattiti, ricerche sostenute e molti miliardi di dollari nello sviluppo di farmaci. Tuttavia, gli sforzi terapeutici per colpire queste patologie, che sono costantemente associate al declino cognitivo sia nei modelli umani che in quelli animali, hanno incontrato fallimenti scoraggianti.

Travis Dunckley, ricercatore del Centro Ricerca Malattie Neurodegenerative della Arizona State University-Banner, e Christopher Hulme DPhil, chimico medicinale dell'Arizona Center for Drug Discovery della University of Arizona, stanno esplorando un farmaco a piccole molecole chiamato DYR219. La promettente terapia, anche se ancora nelle fasi sperimentali, può avere successo laddove altri trattamenti hanno fallito e potrebbe essere efficace contro una serie di malattie neurodegenerative oltre al MA.

Piuttosto che attaccare direttamente i segni distintivi visibili del MA, vale a dire le placche e i grovigli causati dall'inesorabile progressione della malattia, il nuovo farmaco inibisce un percorso iniziale ritenuto critico nella formazione di placche e grovigli.

Dunckley afferma che prendere di mira gli eventi nella fase iniziale che portano alla formazione di placche e grovigli rappresenta un progresso importante nel campo. "Se riesci a bloccare quel processo in anticipo, puoi ritardare l'aggregazione e la formazione a valle delle patologie".

Prevenendo o ritardando lo sviluppo delle patologie del MA, il DYR219 o un farmaco simile possono arrestare la progressione del MA, prima che danneggi il cervello in modo irreparabile. La nuova piccola molecola agisce inibendo il DYRK1, un particolare enzima neuroattivo chiamato chinasi. Ricercatori come Dunckley e Hulme hanno studiato il DYRK1 ed esplorato la sua importanza cruciale non solo nel MA, ma in un'ampia gamma di malattie neurodegenerative.

Il nuovo studio è apparso di recente sulla rivista Molecular Neurobiology.

Le due facce del DYRK1

Sebbene si ritiene che l'attività del DYRK1 sia un fattore chiave nella formazione di placche e grovigli, è vitale per il cervello durante lo sviluppo embrionale precoce, dove è coinvolto in una serie di processi, compresi i percorsi di segnalazione collegati alla crescita e alla proliferazione cellulare, così come la differenziazione delle cellule in neuroni maturi e la formazione di spine dendritiche essenziali per la trasmissione degli impulsi nervosi.

Nel cervello maturo, tuttavia, le attività del DYRK1 possono diventare ostili, dando inizio a patologie associate al MA, alla demenza da corpi di Lewy e al Parkinson. La disfunzione del DYRK1 è anche una caratteristica centrale della sindrome di Down. I pazienti con questo disturbo sono molto inclini a sviluppare MA nelle prime fasi della vita, spesso tra 40 a 60 anni.

La chinasi DYRK1 svolge il suo ruolo dannoso nel cervello attraverso un processo noto come fosforilazione. Quando la DYRK1 incontra la proteina APP (proteina precursore dell'amiloide), si attacca a un gruppo di atomi di ossigeno e fosforo, noto come gruppo fosfato. Anche la DYRK1 fosforila la tau.

Troppa fosforilazione di queste proteine ​​critiche può avere effetti disastrosi nel cervello. Si ritiene che l'iperfosforilazione dell'APP aumenti la formazione di placche amiloidi, mentre l'iperfosforilazione di tau porti ai grovigli neurofibrillari. L'inibizione di questi processi potrebbe interrompere la sequenza di eventi che portano alla formazione di placche e grovigli e bloccare o ritardare l'insorgenza di MA.

"Il motivo per cui sono entusiasta di questo, soprattutto di fronte a molti recenti fallimenti della sperimentazione clinica di alto profilo, è che questo è davvero un approccio diverso nel trattamento della malattia", afferma Dunckley, osservando che i precedenti sforzi per colpire placche e grovigli direttamente non sono riusciti a fornire alcun vantaggio alla funzione cognitiva. "Quello che stiamo cercando di fare è ripristinare la normale fosforilazione di APP e tau, in modo da non avere quelle patologie a valle".

Funzionare a monte

In ricerche precedenti, Dunckley, Hulme e colleghi hanno dimostrato che l'uso di un farmaco a piccole molecole per inibire il DYRK1 nei topi ibridi allevati per sviluppare sintomi simili al MA riduceva il carico di placche amiloidi nel cervello e migliorava le prestazioni cognitive.

Il nuovo studio esplora l'inibizione precoce del DYRK1 come potenziale misura preventiva contro il MA, con risultati impressionanti. "Abbiamo mostrato un ritardo robusto e significativo nell'insorgenza della patologia dell'amiloide e della tau", afferma Dunckley.

I ricercatori ipotizzano che una delle ragioni per cui le terapie anti-placche e anti-grovigli hanno mostrato risultati promettenti nei topi, ma che è costantemente fallita nell'uomo, è la natura della progressione della malattia nei due cervelli molto diversi.

• Nei topi ibridi, placche e grovigli possono svilupparsi rapidamente, prima che il MA abbia causato una significativa neurodegenerazione e perdita di cellule nel cervello. Il trattamento di placche e grovigli in questo caso può aiutare i restanti neuroni sani a riprendere la normale funzione.
• Nel MA umano, invece, placche e grovigli sono in genere accompagnati da devastazione neuronale avanzata. È semplicemente troppo tardi nel corso della malattia trarre benefici dal puntare solo le patologie dell'amiloide e della tau.

Connessione con la sindrome di Down

L'inibizione del DYRK1 ha anche mostrato risultati promettenti nel trattamento della sindrome di Down. Il gene DYRK1 è localizzato sul cromosoma 21, nella regione critica della sindrome di Down. La sovra-espressione di DYRK1 appare intimamente coinvolta con i difetti di apprendimento caratteristici di questa malattia e la sua inibizione ha dimostrato di migliorare le prestazioni cognitive nei topi.

Dunckley crede che un inibitore DYRK1, come quello descritto nel nuovo studio, potrebbe essere usato per trattare la patologia e il deterioramento cognitivo nei pazienti con sindrome di Down, prima della sua eventuale applicazione per il MA.

Coloro che vivono con la sindrome di Down presentano un difetto genetico sul cromosoma 21 che consente una diagnosi rapida e definitiva. Il fatto che questo gruppo di pazienti continui con alta probabilità verso il MA li rende soggetti ideali per studi clinici che coinvolgono farmaci che inibiscono il DYRK1.

Tale approccio promette di evitare le insidie ​​attualmente coinvolte nella sperimentazione di trattamenti preventivi per il MA, che dovrebbero essere somministrati anni o addirittura decenni prima dell'insorgenza dei sintomi nei pazienti con prognosi incerta.

Mirare un enigmatico assassino

La capacità degli inibitori di DYRK1 di arrestare o ritardare in modo significativo entrambe le principali patologie associate al MA causate dalla Aβ e dalla tau offre una rinnovata speranza per un trattamento efficace del MA e può essere la chiave per affrontare altre afflizioni devastanti legate all'iperfosforilazione dal DYRK1.

Hulme esprime entusiasmo per i rapidi progressi in questo settore:

"Un lavoro impegnativo di progettazione interno guidato da diversi studenti laureati della UA negli ultimi sette anni, compreso il più recente Christopher Foley, ha portato alla luce nuovi farmaci incredibilmente selettivi, molto più stabili e molto più potenti.

"Se tali farmaci manterranno la loro promessa iniziale, potranno infine essere usati come profilattici comuni contro le malattie neurodegenerative, forse come gli attuali farmaci per la prevenzione delle malattie cardiache".

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