UN LINK FRA APOPTOSI E
DEGRADAZIONE PROTEICA PER POTARE I DENDRITI
Uno dei processi di maturazione che consente di
modellare la specializzazione funzionale delle reti neuroniche durante lo
sviluppo, è lo sfoltimento selettivo delle arborizzazioni dendritiche, detto in
inglese pruning. In seguito a questa speciale “potatura” dell’albero
dendritico, si stabiliscono e si consolidano delle funzioni precipue del
principale comparto recettivo del neurone. Nella Drosophila, durante la
metamorfosi da larva a pupa, i neuroni sensoriali con arborizzazioni dendritica
di classe IV (C4da) vanno incontro ad un
esteso pruning, regolato dal sistema ubiquitina-proteasoma; cercando di
individuare gli enzimi che intervengono in due tappe di questo processo, Kuo e
collaboratori hanno scoperto un collegamento fra l’apparato molecolare per la
degradazione delle proteine e quello per l’apoptosi, ossia la morte cellulare
programmata (Kuo C. T., et al. Identification of
E2/E3 ubiquitinating enzymes and caspase activity regulating Drosophila
sensory neuron dendrite pruning. Neuron 51, 283-290, 2006).
Il sistema ubiquitina-proteasoma, che regola il ricambio delle proteine, interviene anche nella regolazione della degenerazione assonica -così come nel rimodellamento e nella degradazione dei prolungamenti della cellula nervosa- mediante un meccanismo che implica il ricambio dei microtubuli e dei neurofilamenti. Il trasferimento dell’ubiquitina ad una molecola bersaglio, marcandola per la degradazione da parte del proteasoma, richiede l’attivazione dell’ubiquitina da parte dell’ubiquitin-activating-enzyme, E1, l’associazione dell’ubiquitina ad una proteina trasportatrice nota come ubiquitin-coniugating-enzyme, E2, e infine il trasferimento ad una proteina-substrato da parte di una ubiquitin-ligasi, E3.
I particolari enzimi E2 ed E3, necessari per queste due tappe del processo nei neuroni di Drosophila, non sono noti. Per identificarli, Kuo e i suoi colleghi hanno studiato gli effetti che i mutanti di geni candidati determinavano sul pruning dei dendriti. La mutazione di ubcD1, che codifica un enzima E2, determinava nei neuroni C4da una parziale conservazione dei dendriti larvali 18 ore dopo la trasformazione in pupe.
UBCD1 è parte di una ben definita via apoptotica che include la E3 ligasi Drosophila inhibitor of apoptosis protein 1 (DIAP1) e la caspasi DRONC. Normalmente DIAP1 protegge le cellule dall’apoptosi regolando la degradazione di DRONC. A seguito di stimoli apoptotici, UBCD1 media l’auto-ubiquitinazione e la conseguente degradazione di DIAP1, cui consegue l’attivazione di DRONC.
Il gruppo di Kuo ha dimostrato che i dendriti dei neuroni C4da che mancavano di DRONC non erano sfoltiti, e perciò selezionati, in maniera corretta durante la metamorfosi. Inoltre, ha evidenziato che una mutazione con acquisto di funzione che rende DIAP1 substrato inefficiente per la degradazione mediata dal sistema ubiquitina-proteasoma, impediva ai neuroni C4da di selezionare con un pruning appropriato i propri dendriti.
Tali risultati hanno confermato che la degradazione di DIAP1 e un DRONC funzionante sono entrambi richiesti per la potatura fisiologica dell’albero dendritico dei neuroni C4da; ma a questo punto il quesito nodale è come una via apoptotica possa regolare la selezione dei dendriti.
I ricercatori hanno indagato la possibilità che la via UBCD1-DIAP1-DRONC restringa l’attività della caspasi a localizzazioni sub-cellulari, al fine di ottenere lo sfoltimento dei dendriti senza indurre morte cellulare. Durante la metamorfosi, nei nuclei dei neuroni C4da, hanno rilevato una upregulation nell’espressione dell’inibitore dell’apoptosi diap1, in grado di impedire la morte cellulare. Contestualmente, subito prima della selezione dei dendriti, hanno rilevato, mediante anticorpi, la presenza di caspasi attivate nella parte prossimale dei dendriti delle larve; tali caspasi attivate non si osservavano nei neuroni mancanti di DRONC e nei cloni mutanti di ubcD1 o diap1.
I risultati del lavoro di Kuo e colleghi, fanno riflettere sui passi successivi che la ricerca dovrà compiere. Ad esempio, si dovrà determinare come la degradazione di DIAP1, mediata da UBCD1, porti all’attivazione locale delle caspasi ed alla resezione dei dendriti.
L’identificazione di un legame fra l’apparato molecolare per la degradazione delle proteine e quello per l’apoptosi, è una vera e propria scoperta -e come tale la presenta Daniel McGowan in Nature Reviews Neuroscience 7, 685, 2006- che suggerisce la possibilità che lo stesso processo, o un processo simile, intervenga in varie condizioni fisiologiche e patologiche che comportano il rimodellamento o la degenerazione tanto dei dendriti quanto degli assoni.
Gli autori della nota ringraziano Isabella Floriani
per la correzione della bozza.