Prendere di mira l’atassina-3 mutante

Comprendere quali tipi cellulari siano importanti per l’insorgenza della malattia è fondamentale per lo sviluppo di terapie e opzioni di trattamento per i pazienti. Se un tipo cellulare non è affetto, non è necessario intervenire con terapie mirate. Per comprendere meglio i tipi cellulari rilevanti nella SCA3, questo studio si è prefissato di comprendere il ruolo delle anomalie dei neuroni di Purkinje nella malattia.

È interessante notare che nella SCA3 i neuroni di Purkinje non degenerano, o muoiono, nella stessa misura osservata in altre atassie. Questo potrebbe suggerire un ruolo meno importante di queste cellule nel deficit motorio nella SCA3. Per verificare se ciò sia vero, gli autori si sono chiesti se il trattamento con oligonucleotidi antisenso (ASO) potesse correggere i cambiamenti nella disfunzione dei neuroni di Purkinje e migliorare il comportamento motorio nella SCA3. Il risultato: il trattamento con ASO migliora, in una certa misura, la disfunzione dei neuroni di Purkinje nella SCA3.

L’atassia spinocerebellare di tipo 3 (SCA3), nota anche come malattia di Machado-Joseph o MJD, è una forma di atassia ereditaria dominante. Causata dall’espansione delle ripetizioni CAG nel gene chiamato ATXN3, questa espansione si traduce in una sequenza poliglutaminica più lunga nella proteina ATXN3. La SCA3 è caratterizzata dalla progressiva perdita di neuroni in diverse aree del cervello. Una di queste regioni cerebrali è il cervelletto. È noto che il cervelletto controlla la nostra coordinazione e il nostro equilibrio, e il corretto funzionamento delle cellule di Purkinje è essenziale per l’esecuzione di questi comportamenti.

I neuroni sani utilizzano impulsi elettrici che consentono ai neuroni di comunicare tra loro. Questo processo è noto come “spunto neuronale” o “spiking”. Il lavoro coordinato di diversi canali ionici supporta un picco normale e costante nei neuroni di Purkinje. Nei modelli murini di SCA3 in fase iniziale, i neuroni di Purkinje perdono il loro picco spontaneo e si verifica una riduzione dell’attività di alcuni canali ionici che consentono agli ioni potassio di entrare e uscire dal neurone.

Le alterazioni nel funzionamento di questi canali ionici del potassio contribuiscono a modificare la funzionalità dei neuroni di Purkinje e a causare problemi di movimento. Tuttavia, il ruolo esatto dell’attivazione neuronale nel causare problemi di movimento non è ancora chiaro. Gli autori di questo studio si sono chiesti: il trattamento con ASO può ripristinare la funzionalità dei canali ionici , l’attivazione neuronale e il movimento ? Per farlo, i ricercatori hanno esaminato gli stadi precoci, intermedi e tardivi della malattia in un modello murino di SCA3 con o senza trattamento con ASO.

Hanno esaminato sei diversi canali del potassio in ciascuna di queste fasi della malattia in un modello murino di SCA3. Nella fase iniziale della malattia, uno di questi canali ionici ha mostrato variazioni nella quantità della proteina del canale prodotta dall’organismo (chiamata anche “espressione” dagli scienziati). Nella fase intermedia della malattia, due dei canali ionici hanno mostrato variazioni nella loro espressione.

Per cinque dei canali, si sono osservate variazioni tra topi non affetti e topi SCA3 nella fase avanzata della malattia. È interessante notare, tuttavia, che l’entità delle variazioni nell’espressione non è aumentata dalle fasi intermedie a quelle avanzate della malattia per i canali interessati in entrambi i momenti. Poiché la quantità di questi canali ionici del potassio è alterata nelle SCA, ciò potrebbe influenzare la funzione dei neuroni di Purkinje, o più specificamente, la loro attività di picco.

Per capire se questi cambiamenti nell’espressione dei canali ionici del potassio causassero alterazioni nell’attivazione dei neuroni di Purkinje, gli autori hanno misurato l’attività dei neuroni. Nei topi in fase intermedia della malattia, in due diverse regioni del cervelletto, i ricercatori hanno scoperto che i neuroni si attivavano più frequentemente nei topi SCA3 rispetto ai topi non affetti. Questa maggiore frequenza di attivazione, o aumento dell’attivazione, indica una maggiore eccitabilità dei neuroni di Purkinje.

Questa ipereccitabilità (aumento dell’eccitabilità) dei neuroni di Purkinje può essere problematica. Poiché i cambiamenti nell’espressione dei canali ionici persistono anche in fase avanzata della malattia, il gruppo di ricerca voleva sapere se anche i cambiamenti nell’eccitabilità dei neuroni persistessero. La risposta è affermativa. Nella fase avanzata della malattia, i ricercatori hanno scoperto che anche i neuroni di Purkinje in una di queste regioni cerebellari erano ipereccitabili.

Nel complesso, questi dati suggeriscono che, sebbene esistano alterazioni nell’attività dei neuroni di Purkinje nei topi più anziani, queste non differiscono da quelle dei topi più giovani. Ciò significa che il progressivo peggioramento della funzione motoria che si verifica nei topi SCA3 nel tempo non è dovuto a un progressivo peggioramento della funzione dei neuroni di Purkinje. L’assenza di ulteriori alterazioni nei neuroni di Purkinje in queste fasi avanzate della malattia potrebbe suggerire che alterazioni della funzione neuronale in altre regioni cerebrali contribuiscano alla progressiva disfunzione motoria nelle fasi avanzate della malattia nei topi SCA3.

Gli autori volevano scoprire se la riduzione dell’espressione genica di ATXN3 basata sull’ASO potesse ripristinare l’aumento dell’attività neuronale e dei livelli di espressione dei canali ionici del potassio nei topi SCA3. I topi sono stati trattati con ASO per otto settimane e il loro comportamento, la funzione neuronale e l’espressione dei canali ionici sono stati analizzati nello stesso stadio intermedio della malattia.

I topi SCA3 non trattati erano meno attivi rispetto ai topi non affetti. I topi SCA3 trattati con ASO, tuttavia, mostravano livelli di movimento simili a quelli dei topi non affetti. Il trattamento con ASO ha anche ripristinato l’espressione dei canali ionici del potassio e invertito l’ipereccitabilità. Insieme, questi dati dimostrano che il trattamento con ASO può efficacemente correggere le compromissioni delle attività motorie in un momento in cui si osserva una disfunzione dei canali del potassio nei topi SCA3.

L’obiettivo di questo studio era comprendere il coinvolgimento dei neuroni di Purkinje nella SCA3 ed esplorare strategie di soppressione genica come potenziali bersagli per lo sviluppo di terapie. Il trattamento con ASO utilizzato è stato in grado di ripristinare l’espressione di diversi canali ionici chiave, ripristinare la frequenza di picco dei neuroni di Purkinje e aumentare il movimento dei topi SCA3 ai livelli dei topi non affetti. Questi dati ottenuti utilizzando il trattamento con ASO suggeriscono che le alterazioni della funzione dei neuroni di Purkinje contribuiscono in modo significativo ai problemi di movimento durante il processo patologico della SCA3.

Tuttavia, sebbene questi dati siano promettenti, sollevano anche diversi interrogativi. I ricercatori hanno identificato che i cambiamenti nella funzione dei neuroni di Purkinje non progrediscono con il peggioramento dei problemi di movimento nel tempo durante la SCA3. Per questo motivo, i ricercatori suggeriscono che i cambiamenti nel cervelletto non siano gli unici fattori scatenanti dei problemi di movimento progressivi nella SCA3. Suggeriscono che potrebbero essere coinvolte anche altre regioni cerebrali oltre al cervelletto. Quindi, quando e dove queste regioni cerebrali diventano importanti per la SCA3? Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere meglio il ruolo non solo della funzione dei neuroni di Purkinje nella SCA3, ma anche per comprendere il contributo delle diverse regioni cerebrali e l’interazione tra queste regioni al processo patologico della SCA3.