Visualizzazione in tempo reale degli eventi patogeni coinvolti nel morbo di Alzheimer
Il morbo di Alzheimer (MA) rappresenta un grave problema sanitario per milioni di persone in tutto il mondo affette dalla perdita di cognizione e dalla demenza a esso associate. Esistono due tipi di aggregazioni peptidiche: l’aggregazione della beta-amiloide, che si trova nelle placche extracellulari e quella della proteina tau, che crea grovigli neurofibrillari associati ai microtubuli intracellulari. Alcune prove emergenti indicano che tali aggregazioni interagiscono danneggiando la membrana neuronale, sebbene questo meccanismo continui a essere sfuggente.
Visualizzazione dell’interazione dei peptidi amiloidi con la membrana neuronale
Il progetto AMNEsIA, intrapreso con il supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si proponeva di fare luce sul meccanismo di tossicità di fondo delle aggregazioni peptidiche amiloidi. «Il nostro obiettivo era la visualizzazione su nanoscala dell’interazione dei peptidi amiloidi con le membrane nel corso del tempo», spiega Cécile Feuillie, borsista del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. In collaborazione con l’Istituto di chimica e biologia delle membrane e dei nano-oggetti (CBMN) di Bordeaux, in Francia, la borsista ha utilizzato un microscopio a forza atomica (AFM, Atomic Force Microscopy) per analizzare il legame instaurato dalle aggregazioni beta-amiloidi con i doppi strati lipidici che imitavano la consistenza naturale della membrana neuronale. Allo stesso tempo, il gruppo scientifico ha elaborato un metodo di generazione di peptidi amiloidi provvisti di struttura omogenea, sperimentandone l’impatto su membrane bersaglio. Tale approccio ha permesso di superare due ostacoli fondamentali, ovvero l’intrinseca complessità delle membrane biologiche in termini di composizione lipidica e lo stato di aggregazione eterogenea dei peptidi amiloidi. I ricercatori hanno valutato l’influsso della composizione, del carico e della densità di impacchettamento dei lipidi delle membrane sull’interazione dei peptidi amiloidi con le membrane biometriche. Il microscopio a forza atomica ha offerto un’elevata risoluzione spaziale e temporale che ha permesso agli scienziati di immaginare fenomeni rapidi di degradazione delle membrane indotti da oligomeri amiloidi. «Abbiamo osservato in tempo reale il rapido effetto simile all’azione di un detergente sulle membrane, in seguito all’interazione con i peptidi amiloidi», sottolinea Feuillie. I peptidi beta-amiloidi e le proteine tau hanno interagito con specifici lipidi della membrana, tra cui il ganglioside GM1 e il colesterolo nel caso della proteina beta-amiloide, per provocare la degradazione della membrana. Tali risultati hanno chiaramente evidenziato l’importanza dei lipidi nella tossicità dei peptidi amiloidi rilevata nel morbo di Alzheimer. Al contempo, si è messa in evidenza l’esigenza di ulteriori studi in condizioni più pertinenti dal punto vista biologico, in cui è presente una combinazione di lipidi nelle membrane bersaglio.
Prospettive future nell’uso del microscopio a forza atomica nella ricerca sul morbo di Alzheimer
Il progetto AMNEsIA ha messo a punto con successo una solida metodologia basata sul microscopio a forza atomica per lo studio dei processi dinamici, quali le interazioni tra peptidi e membrana. Contrassegnando i lipidi e i peptidi amiloidi, risulta possibile combinare il microscopio a forza atomica con la microscopia a fluorescenza, migliorando l’immaginografia dell’interazione. Complessivamente, questo lavoro possiede ramificazioni importanti per la comprensione degli eventi patogeni che comportano la neurodegenerazione associata al morbo di Alzheimer, spianando la strada all’individuazione di nuovi bersagli per il trattamento. Tra i piani futuri figurano lo sviluppo di un approccio spettroscopico basato sul microscopio a forza atomica per l’analisi dei meccanismi di formazione delle fibre amiloidi a livello chimico. Inoltre, è possibile utilizzare sonde con funzioni di microscopio a forza atomica che convogliano un peptide amiloide covalentemente legato per studiare l’interazione con la membrana a livello molecolare. «Il progetto ha sortito un impatto molto forte sul gruppo AFM del CBMN, che ora è denominato “Nanobiotecnologia e sviluppi metodologici con l’AFM”», conclude Feuillie.
Parole chiave
AMNEsIA, AFM, MA, membrana neuronale, beta-amiloide, tau, morbo di Alzheimer, microscopio a forza atomica
