Importante scoperta sulle cause della SMA

Ricercatori del Howard Hughes Medical Institute hanno fatto una sorprendente scoperta sul difetto genetico all’origine dell’atrofia muscolare spinale. I risultati suggeriscono che ci possa essere un nuovo modo per promuovere la sopravvivenza dei motoneuroni, degenerati dalla patologia.
La malattia è quasi sempre legata alla mancanza di un gene chiamato SMN1; un secondo gene nelle sue vicinanze, SMN2, è praticamente identico a SMN1 e in linea di principio potrebbe produrre abbastanza proteina SMN per mantenere in salute i motoneuroni, ma purtroppo in qualche modo non riesce a farlo.
Nel numero di marzo 2010 della rivista Genes & Development, gli investigatori Gideon Dreyfuss e Sungchan Cho hanno fatto luce su questo mistero. Dreyfuss e Cho hanno scoperto che la maggior parte della proteina SMN prodotta da SMN2 è contrassegnata per una rapida degradazione da un sistema cellulare di smaltimento delle sostanze di scarto. In questo modo la proteina viene eliminata prima che si accumuli in misura sufficiente a mantenere integri i motoneuroni. Bloccare questo segnale di degrado potrebbe quindi, in teoria, essere un modo per curare la SMA.

Il gene SMN2 si differenzia da SMN1 per un singolo nucleotide di DNA. Questa piccola modifica sembra confondere il sistema cellulare che trasforma sequenze di geni in modelli RNA per la produzione di proteine. Di conseguenza, circa l'80% della proteina SMN prodotta da SMN2 è priva di un segmento codificato da una parte del gene nota come esone 7. Questa versione più corta della proteina SMN, chiamata SMNΔ, è difficilmente rintracciabile nelle cellule dei pazienti affetti da SMA. Ma la proteina più corta sembra funzionare: i pazienti SMA che hanno più copie del gene SMN2 hanno sintomi più lievi della malattia e anche gli studi sugli animali suggeriscono che un incremento dei livelli di SMNΔ può essere utile. Su questo fatto si basa il potenziale terapeutico di SMNΔ.
Per scoprire perché i livelli SMNΔ sono così bassi nelle cellule dei pazienti SMA, Cho e Dreyfuss hanno creato cellule che producono SMNΔ legata alla luciferasi, un enzima bio-luminescente che si trova nelle lucciole. Dopo l’arresto della nuova sintesi proteica, i ricercatori hanno potuto osservare la rapidità con cui la SMNΔ esistente viene eliminata dalle cellule, osservando l’attenuazione della luminescenza prodotta dalla luciferasi. Utilizzando questo sistema, Cho e Dreyfuss hanno confermato che la SMNΔ scompare molto più velocemente rispetto alla SMN di normale lunghezza.
I ricercatori hanno poi modificato la SMNΔ, eliminando alcuni segmenti del gene, per vedere come ripristinare la stabilità della proteina. Hanno trovato che l’impropria giunzione dei segmenti che normalmente affiancano l'esone 7 aveva per caso creato un segnale biologico per la rapida degradazione dell'intera proteina. La rimozione di questo segnale dalla SMNΔ ripristinava una stabilità quasi normale della proteina.
Ma in che modo questo segnale causa l’eliminazione rapida della proteina mutante? Cho e Dreyfuss hanno trovato prove evidenti che coinvolgono il sistema proteasoma, un insieme di macchine cellulari per lo smaltimento delle proteine spazzatura che vagano attraverso la cellula. Sopprimendo l'attività del proteasoma i ricercatori hanno ripristinato la normale stabilità della SMNΔ, cosa che non è avvenuta con la soppressione di altri meccanismi di pulizia cellulare.
"Quindi in definitiva la SMNΔ è intercettata dal proteasoma e viene degradata", ha commentato Dreyfuss. I proteasomi normalmente degradano soltanto le proteine che sono state contrassegnate per la distruzione da speciali molecole. Questi “tag”, a loro volta, si legano alle proteine bersaglio solo dopo aver rilevato le firme molecolari interpretate come segnali di degradazione, o degron. "Un degron è come una bandiera che dice ‘buttami’'", ha detto Dreyfuss.
In questo caso, gli esperimenti hanno dimostrato che la parte finale del SMNΔ forma un degron. "Così abbiamo scoperto la causa dell’estrema instabilità di SMNΔ", ha detto Dreyfuss. "Questo è importante, perché non era chiaro il motivo della scomparsa di questa proteina".
Ulteriori modificazioni molecolari apportate da Cho e Dreyfuss hanno rivelato che, a sorpresa, la modifica di un singolo aminoacido rimuove il degron, consentendo l’aumento dei livelli SMNΔ. Questa versione più stabile di SMNΔ si è dimostrata in grado di tenere in vita le cellule nervose, che muoiono rapidamente senza SMN.
"Non sappiamo ancora se lo stesso approccio funzionerà nei mammiferi", ha detto Dreyfuss. "Ma ci sono altre ragioni per ritenere che SMNΔ svolga la stessa funzione della proteina di normale lunghezza". Dreyfuss e i suoi colleghi vogliono saperne di più sui meccanismi cellulari che innescano la distruzione di SMNΔ, ma stanno già pensando allo sviluppo di terapie basate sui loro risultati. Il fatto che la sostituzione di un singolo aminoacido stabilizzi SMNΔ è incoraggiante, in quanto suggerisce che un farmaco potrebbe produrre un effetto simile. Il laboratorio di Dreyfuss sta lavorando su screening ad ampio spettro di librerie di composti, anche con la collaborazione della società farmaceutica Merck. "Con questi risultati possiamo sviluppare test più mirati per la ricerca di composti che stabilizzano SMNΔ", ha detto Dreyfuss, "e stiamo lavorando duramente in tal senso".

(fonte: sito HHMI)