DISC1 REGOLA LO SVILUPPO CEREBRALE ATTRAVERSO GIRDIN

 

 

Si attribuisce notevole importanza ad alterazioni in DISC1 (disrupted in schizophrenia 1) per la genesi di numerosi forme di patologia psichiatrica, infatti mutazioni nel gene DISC1 costituiscono un fattore di rischio provato per lo sviluppo di schizofrenia, psicosi bipolari, depressione maggiore e varie altre espressioni di disturbo mentale (Note e Notizie 16-06-07 Due mutazioni in DISC1 per schizofrenia e depressione)[1]. In generale, non si sa ancora molto sui meccanismi molecolari mediante i quali DISC1 esercita la sua influenza sulle funzioni cerebrali di base e sullo sviluppo[2]. Studi recenti hanno accertato l’intervento di questa molecola in processi post-mitotici quali la maturazione e la migrazione, e un interessante lavoro da noi recensito ha accertato che il gene DISC1 regola la proliferazione delle cellule progenitrici neuroniche tanto nel cervello adulto quanto nell’embrione (Note e Notizie 09-05-09 DISC1 implicato nelle psicosi regola la neurogenesi)[3].

Ora due gruppi di ricerca, guidati rispettivamente da Kim ed Enomoto, hanno dimostrato che DISC1 ha un ruolo di fondamentale importanza nella regolazione dello sviluppo cerebrale post-natale attraverso l’interazione con girdin[4] che, a sua volta, regola la segnalazione AKT. Questa nuova nozione costituisce un progresso nella conoscenza dei processi cerebrali fondamentali e delle basi patologiche dello sviluppo dei maggiori disturbi psichiatrici (Kim J. Y., et al. DISC1 regulates new neuron development in the adult brain via modulation of AKT-mTOR signalling through KIAA1212. Neuron 63, 761-773, 2009; Enomoto A., et al. Roles of disrupted in schizophrenia 1-interacting protein girdin in postnatal development of the dentate gyrus. Neuron 63, 774-787, 2009).

I due gruppi di ricercatori hanno indagato le vie di segnalazione cui prende parte la molecola alterata nella schizofrenia, rilevando un ruolo centrale della proteina legante l’actina girdin (detta anche KIAA1212) nella regolazione da parte di DISC1 della crescita e della migrazione dei neuroni nell’ippocampo post-natale ed adulto.

DISC1 si lega ad una gamma di proteine diverse che costituiscono il cosiddetto “DISC1 interattoma”, nell’ambito del quale si ricercano le proteine che fanno da partner per le interazioni alla base dei diversi ruoli funzionali. Nel 2007, mediante two-yeast hybrid screen, era stata individuata girdin fra le proteine interagenti con DISC1; ora entrambi i gruppi di ricerca hanno confermato questa interazione in vitro (mediante co-immunoprecipitazione e pull down assays) e il gruppo di Kim l’ha confermata anche in vivo. Tale interazione, insieme con l’espressione di girdin nei granuli[5] del giro dentato dell’ippocampo e nei neuroni piramidali, osservata da Enomoto e colleghi, suggerisce che l’azione combinata delle due molecole svolga un ruolo nello sviluppo di neuroni neonati nel periodo post-natale e in quello successivo.

Enomoto e i suoi numerosi collaboratori del Depatment of Pathology, Nagoya University Graduate School of Medicine (Giappone), hanno indagato questa associazione nel cervello di topi girdin-/- e in neuroni dell’ippocampo in coltura in cui l’eliminazione di girdin era stata ottenuta mediante short hairpin RNA, ed hanno accertato che girdin, tanto quanto DISC1, è importante per la crescita dei neuriti nei granuli del giro dentato. Proseguendo la sperimentazione è emerso che DISC1 potrebbe stabilizzare o ancorare girdin nei coni di crescita degli assoni. I ricercatori hanno verificato che la perdita di girdin comprometteva la migrazione e la definizione della posizione dei granuli del giro dentato, ed hanno poi rilevato che questo effetto poteva essere simulato inibendo il legame fra le due proteine, ottenendo così una conferma dell’importanza dell’interazione per gli effetti sullo sviluppo dei neuroni ippocampali.

Kim e i suoi collaboratori dell’Institute for Cell Engineering, Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore, hanno studiato un altro meccanismo molecolare per indagare gli effetti della stessa interazione molecolare. Girdin, come è stato dimostrato in precedenti studi, è un partner di legame della chinasi AKT, della quale accentua la segnalazione in assenza di DISC1, pertanto si è provato a verificare, in cellule HEK293, l’effetto sulla chinasi del legame DISC1-girdin[6]. Come risultato si è avuta la soppressione dell’attivazione della chinasi. Allora i ricercatori della Johns Hopkins hanno prodotto, in neuroni ippocampali di topo, il knockdown di DISC1 mediante short hairpin RNA, ottenendo un’aumentata attivazione di AKT: esito che, oltre a confermare che la chinasi e la proteina regolatrice dello sviluppo sono alternative nel legame con girdin, suggerisce che la soppressione della segnalazione AKT rappresenti un meccanismo sottostante gli effetti di DISC1 sullo sviluppo dei granuli del giro dentato dell’ippocampo.

Per verificare questa possibilità, Kim e colleghi hanno prodotto varie manipolazioni genetiche per accrescere la segnalazione AKT in vivo, in neuroni nati nel cervello adulto, e valutarne gli effetti. A tale scopo hanno iper-espresso girdin o l’AKT costitutivamente attiva, oppure hanno eliminato PTEN, un regolatore negativo della segnalazione AKT, ottenendo la manifestazione di difetti – quali migrazione anomala e crescita eccessiva ed accelerata dei dendriti - simili a quelli della soppressione di DISC1 nello sviluppo neuronico che può essere ottenuta mediante l’inibizione farmacologica di mTOR (mammalian target of rapamycin), un effettore a valle di AKT. Infatti, per indagare le vie a valle di AKT che mediano gli effetti di DISC1, i ricercatori di Baltimore hanno impiegato inibitori farmacologici di due dei maggiori effettori di AKT, ossia la glicogeno sintetasi chinasi 3β e, appunto, mTOR: soltanto l’inibizione della seconda era in grado di preservare i neuroni dagli effetti del knockdown di DISC1 o dell’iper-espressione di girdin, suggerendo un ruolo per questa via nella regolazione da parte di DISC1 dei neuroni generati nel cervello adulto.

I ricercatori osservano che l’esito della loro ricerca identifica nella via di segnalazione AKT-mTOR un bersaglio critico di DISC1 nella regolazione dello sviluppo neuronico e fornisce un quadro per comprendere il modo in cui molti geni di suscettibilità possono convergere funzionalmente in una via comune che contribuisce all’eziologia di alcuni disturbi psichiatrici.

I due studi, presi insieme, rivelano che le interazioni DISC1-girdin sono cruciali per svariati aspetti dello sviluppo nervoso nell’ippocampo adulto. Alcuni aspetti di questa regolazione richiedono ulteriori approfondimenti; in particolare, i due gruppi hanno identificato due diversi domini di girdin come elettivi per il legame con DISC1. Tuttavia, il valore di questi due lavori è notevole, perché i loro risultati hanno cominciato a definire i meccanismi di segnalazione che mediano i diversi effetti di DISC1 e, pertanto, hanno tracciato una via da seguire per la comprensione dei processi alla base del dimostrato legame fra le forme anomale del gene e la fisiopatologia dei disturbi psichici.

 

Nicole Cardon & Giuseppe Perrella

BM&L-Novembre 2009

www.brainmindlife.org

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



[1] Due mutazioni studiate da Clapcote e collaboratori riducevano entrambe il legame di DISC1 alla fosfodiesterasi-4B (PDE4B), pertanto si è ipotizzato che il deficit di legame costituisca un elemento-chiave per l’espressione del fenotipo psicopatologico.

[2] Il gene DISC1 codifica una proteina localizzata nel nucleo, nel citoplasma e nei mitocondri, implicata nell’accrescimento dei neuriti e nello sviluppo della corteccia cerebrale mediante la sua interazione con altre proteine. Sono state caratterizzate varie isoforme (splice variants) di questo polipeptide.

[3] Si veda Note e Notizie 21-02-09 Schizofrenia: il punto sulle nuove acquisizioni in cui vi sono i links alle nostre recensioni più importanti di lavori recenti, incluse quelle sull’associazione fra varianti geniche ed eziopatogenesi della schizofrenia. Per un sintetico resoconto del cambiamento metodologico e concettuale nell’approccio sperimentale e clinico alla schizofrenia si veda Note e Notizie 02-05-09 Come cambia lo studio della schizofrenia.

[4] Girdin di Homo sapiens è una proteina di 1870 aminoacidi la cui funzione è stata indagata da Enomoto e colleghi: Akt/PKB regola l’organizzazione dell’actina e la motilità cellulare via Girdin/APE (Enomoto A., et al. Dev. Cell 9 (3), 389-402, 2005).

[5] I granuli del giro dentato dell’ippocampo sono neuroni eccitatori che impiegano come neurotrasmettitore il glutammato e, in misura minore, l’aspartato. Queste cellule nervose, responsabili dell’importante connessione con l’area CA3 dell’ippocampo mediante fibre muscoidi, contengono e rilasciano anche peptidi oppioidi, in particolare la dinorfina.

[6] I ricercatori americani in questo lavoro indicano girdin con la denominazione KIAA1212.