Il cervello umano è un organo che assorbe dal 20 al 25% dell’energia di cui il corpo ha bisogno. Questa elevata richiesta di energia per le funzioni neuronali dipende dal trasporto e dalla precisa distribuzione dei mitocondri – gli organelli cellulari che generano energia – in ciascun neurone. Nei neuroni, il processo di trasporto dei mitocondri è determinante, poiché questi organelli devono essere presenti lungo tutti gli assoni e i dendriti per fornire energia alla neurotrasmissione e alle funzioni neuronali, processi che richiedono molta energia. Questo grande consumo dipende da una distribuzione specifica e precisa dei mitocondri all’interno dei neuroni. Ora, uno studio dell’Università di Barcellona ha identificato, per la prima volta, un complesso molecolare che regola il trasporto dei mitocondri all’interno dei neuroni e la morte neuronale. La scoperta del complesso potrebbe aiutare a individuare nuovi bersagli terapeutici contro malattie neurodegenerative come il Parkinson, malattie neuromuscolari o anche tumori.
Lo studio rivela che il complesso mitocondriale Alex3/Gαq interagisce con il meccanismo dei mitocondri per distribuire e trasportare questi organelli cellulari lungo gli assoni e i dendriti dei neuroni. Questo processo dipende dall’interazione della proteina Gq con la proteina mitocondriale Alex3. Alex3/Gαq è essenziale non solo per il trasporto e la funzione mitocondriale, ma anche per la fisiologia neuronale, il controllo del movimento e la vitalità neuronale. Se questo sistema viene inattivato – come nei topi con un deficit specifico di Alex3 nel cervello – il traffico mitocondriale si riduce, ci sono meno arborizzazioni dendritiche e assonali e questo provoca deficit motori e persino la morte neuronale. Gli autori dello studio avevano precedentemente descritto in altri articoli che le proteine Alex3 e Gαq regolano il trasporto mitocondriale mediante il complesso Miro1/Trak2, che funge da adattatore per le proteine motrici coinvolte nel traffico mitocondriale lungo i dendriti e gli assoni.
Sebbene i meccanismi d’azione non siano ancora ben conosciuti, sembra che diverse funzioni svolte dalla proteina Alex3 potrebbero essere associate a numerose patologie. Ad esempio, sembra che le delezioni (perdita di un frammento di DNA nel suo gene) del gene Alex3 facilitino lo sviluppo di alcuni tumori (tumori epiteliali). In altri casi, la cancellazione o l’inibizione della sua espressione ha un effetto protettivo su alcuni tumori (tumori del fegato). Oltre alla sua associazione con il cancro, alcune varianti genetiche della proteina Alex3 e della sua famiglia genetica sono anche correlate a malattie neurodegenerative, in particolare al Parkinson, quindi all’apnea notturna e alle malattie metaboliche. Il fatto che non siano state identificate mutazioni inattivanti nelle banche dati di migliaia di genomi umani indicherebbe che il gene Alex3 ha una funzione rilevante. La sua perdita totale non è vitale nell’organismo e si riscontrerebbe come mutazione somatica nei tumori.
Inoltre, le mutazioni nel gene che codifica per Gαq negli esseri umani portano a disturbi motori, deficit cognitivi, disabilità intellettiva ed epilessia. Secondo i ricercatori, l’interazione del complesso mitocondriale Alex3/Gαq è regolata attraverso i recettori accoppiati alle proteine G (GPCR). Questi recettori hanno molti ligandi naturali come ormoni, neurotrasmettitori, cannabinoidi, ecc., con molte bioattività. Allo stesso tempo, molti farmaci attualmente utilizzati sono attivatori o antagonisti di questi recettori per trattare condizioni come l’ipertensione, la schizofrenia, la depressione o le allergie. Perciò è importante esplorare la possibilità di controllare la localizzazione dei mitocondri nelle malattie con deficit di questi organelli (come le malattie mitocondriali genetiche), o dove l’inibizione del metabolismo ha effetti terapeutici positivi (come nel cancro). Pertanto, essere in grado di controllare la biologia mitocondriale dall’esterno della cellula con questi recettori è come “prendere due piccioni con una fava”.
È davvero notevole che questo meccanismo molecolare condivida caratteristiche parzialmente comuni all’epilessia e alle condizioni neurodegenerative in cui la matrice cellulare delle proteine è anomala, come il morbo di Alzheimer con la sua proteina tau. Anche nei topi carenti di Alex3, sono presenti quantità alterate di proteine di risposta allo stress del reticolo endoplasmatico (ER), aumento della morte neuronale, perdita di motoneuroni con conseguenti deficit motori. Durante le convulsioni, si verifica uno stress cellulare causato dallo squilibrio ionico dovuto all’iperattivazione dei recettori del glutammato. Ciò porta a un afflusso eccessivo di calcio all’interno delle cellule, che a sua volta (e nel tempo) uccide i neuroni cerebrali. Tra i meccanismi sottostanti è stato recentemente riconosciuto lo stress ER. Il suo fattore scatenante è da ricercare nello stress ossidativo originato dalla stimolazione cellulare complessiva da parte delle correnti dei canali ionici e dagli effetti stimolatori del calcio su proteine ed enzimi.
Le cellule neurali hanno bisogno della proteina beta-amiloide e tau per il regolare funzionamento. Tuttavia questo meccanismo proposto dopo gli attacchi epilettici potrebbe col tempo essere responsabile dell’accumulo di beta-amiloide nel cervello di pazienti a cui è stata diagnosticata una qualche forma di epilessia. Non è una nozione nuova che i pazienti cronici con queste condizioni possano andare incontro a deficit cognitivi prima rispetto alle persone normali. Pertanto, lo stress ER con sovraccarico cronico (e lento) di proteine beta-amiloide o tau può essere considerato come un filo conduttore per l’epilessia e la demenza senile dovuta alla morte delle cellule neurali.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
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