Svelare il ruolo dei mitocondri nella progressione della SCA6

L’atassia spinocerebellare di tipo 6 (SCA6) è una rara malattia neurologica tipicamente diagnosticata in età adulta. Porta a progressivi deficit motori dovuti a un’espansione delle ripetizioni CAG nel gene CACNA1A. Comprendere i meccanismi cellulari della SCA6 è fondamentale per una migliore comprensione della malattia.

Poiché il cervelletto controlla il movimento, lo studio si è concentrato principalmente su questa regione cerebrale. La corteccia cerebellare è composta da tre strati: lo strato molecolare, lo strato delle cellule di Purkinje e lo strato delle cellule granulari. Sebbene le cellule di Purkinje siano note per essere i neuroni principalmente colpiti nella SCA6, questo studio ha rivelato che anche altri neuroni della corteccia cerebellare sono interessati.

Per esplorare i meccanismi cellulari alla base della SCA6, i ricercatori hanno utilizzato un modello murino della malattia e hanno eseguito il sequenziamento dell’RNA su topi selvatici e SCA6 di sette mesi, uno stadio equivalente all’esordio precoce della malattia nell’uomo. Confrontando i risultati, hanno identificato una diffusa disregolazione genica causata dalla mutazione CACNA1A nei topi SCA6. Alcuni geni interessati sono ben noti, come quelli correlati al comportamento, mentre altri sono stati identificati per la prima volta. Tra i geni interessati, quelli correlati alla funzione mitocondriale erano significativamente sottoregolati, indicando una ridotta produzione di energia.

L’irregolarità mitocondriale è stata identificata in altri tipi di atassie spinocerebellari, come SCA1 e SCA7, e in altre malattie neuronali, come l’Alzheimer e il Parkinson. Tuttavia, questo studio è stato il primo a identificarla nella SCA6. I ricercatori hanno poi esplorato la disfunzione mitocondriale nella SCA6 attraverso diversi aspetti:

1) Diminuzione del potenziale di membrana mitocondriale allo stato di progressione della malattia   

Il potenziale di membrana mitocondriale è essenziale per la produzione di ATP (energia). I ricercatori lo hanno misurato utilizzando il segnale TMRE, un colorante fluorescente che rileva l’attività mitocondriale. All’esordio della malattia (7 mesi), non si sono osservate variazioni significative. Tuttavia, alla progressione della malattia (12 mesi), è stata osservata una significativa riduzione del potenziale di membrana mitocondriale nelle cellule di Purkinje e in altri neuroni, indicando una ridotta produzione di energia.

2) Aumento dello stress ossidativo nello stato di progressione della malattia   

L’alterazione del potenziale di membrana mitocondriale porta spesso a stress ossidativo, che danneggia le cellule. Un modo per misurare lo stress ossidativo è misurare i livelli di specie reattive dell’ossigeno (ROS). I ricercatori li hanno misurati a 9 mesi (fase iniziale) e 12 mesi (fase di progressione). Non sono state rilevate alterazioni nella fase iniziale della malattia, ma entro 12 mesi il danno ossidativo si era accumulato nelle cellule di Purkinje e negli interneuroni negli strati molecolari. Questi risultati hanno indicato che le cellule hanno subito effetti negativi più ampi.

3) Il danno mitocondriale progredisce nel tempo   

Considerata la situazione cellulare compromessa dei mitocondri, i ricercatori hanno ulteriormente esaminato la morfologia mitocondriale nelle cellule di Purkinje. Hanno utilizzato la microscopia elettronica per verificare la struttura dei mitocondri a 9 mesi (fase iniziale) e 18 mesi (fase avanzata). Nella fase iniziale, il numero di mitocondri è rimasto simile tra i topi SCA6 e quelli sani, ma i mitocondri SCA6 hanno mostrato segni di danno. Nella fase avanzata, il numero di mitocondri è rimasto stabile, ma le loro condizioni sono peggiorate, con danni ancora più gravi.

4) Mitofagia alterata nelle cellule di Purkinje SCA6 nella fase avanzata   

La mitofagia è il processo mediante il quale i mitocondri danneggiati vengono eliminati dalle cellule. Risultati precedenti indicavano che i mitocondri erano danneggiati, ma il loro numero rimaneva invariato nella malattia, il che potrebbe indicare una mitofagia difettosa nella SCA6. I ricercatori hanno valutato la mitofagia a 7 mesi (insorgenza della malattia) e a 18 mesi (fase avanzata). Non hanno riscontrato cambiamenti significativi all’esordio, ma a 18 mesi la mitofagia era significativamente ridotta, con conseguente accumulo di mitocondri danneggiati.

Per convalidare i loro risultati negli esseri umani, i ricercatori hanno anche esaminato la funzione mitocondriale nei pazienti con SCA6. Nei pazienti con SCA6 è stato osservato un aumento doppio del lattato (un marcatore di metabolismo energetico alterato). Inoltre, livelli elevati di altri metaboliti correlati alla fosforilazione ossidativa indicavano un danno nella produzione di energia mitocondriale nei pazienti, supportando ulteriormente i risultati nel modello murino di SCA6.

Questa ricerca fornisce la prima prova del coinvolgimento della disfunzione mitocondriale nella progressione della SCA6. Sebbene le cellule di Purkinje siano state a lungo considerate le cellule primarie colpite, questo studio rivela che anche altri neuroni, come gli interneuroni, sono colpiti. Poiché il danno mitocondriale peggiora con il progredire della malattia, potrebbe contribuire direttamente al deterioramento osservato nella SCA6.

In futuro, il targeting della funzione mitocondriale potrebbe rappresentare nuove opportunità terapeutiche. Inoltre, il monitoraggio della salute mitocondriale potrebbe fungere da potenziale biomarcatore per monitorare la progressione della malattia e valutare approcci terapeutici.