SOD1 SENZA METALLI FORMA OLIGOMERI CHE CAUSANO LA SLA

 

 

Dall’Università di Firenze vengono due studi di chimica della proteina rame-zinco superossido dismutasi 1 (SOD1) che costituiscono un punto di svolta nella conoscenza della patogenesi della sclerosi laterale amiotrofica o malattia di Lou Gehrig, dal nome del campione di baseball che ne fu affetto.

La sclerosi laterale amiotrofica (SLA nell’acronimo italiano e ALS in quello inglese), descritta per la prima volta dal neurologo francese Jean-Martin Charcot nel 1869, è la forma più comune di malattia del motoneurone dell’età adulta, caratterizzata dalla degenerazione tanto dei neuroni inferiori (midollo spinale e tronco encefalico) quanto di quelli superiori (corteccia cerebrale) con lo sviluppo di una spasticità che complica ed aggrava il quadro clinico (per una sintetica visione d’insieme della malattia di Lou Gehrig si veda: Note e Notizie 05-05-07 SLA, la malattia di Nuvoli, Welby e Coscioni; per gli aggiornamenti sulla ricerca si scorra l’elenco delle “Note e Notizie”).

Non si conosce la causa della SLA sporadica (90-95%), mentre per i casi familiari (5-10%) sono stati individuati specifici mutanti in almeno quattro forme: ALS1, associata a SOD1 (Bruijn et al., 2004; Bruijn et al., 1998; Bowling et al., 1995; Borchelt et al., 1994; Rosen et al., 1993), ALS2 alla alsina (Yamanaka et al., 2003; Hadano et al., 2001; Yang et al., 2001), ALS4 alla senataxina (Chen et al., 2004; Moreira et al., 2004) e un’ultima forma è stata messa in relazione con una mutazione nel gene per una subunità della dinactina (Valee et al., 2004; Puls et al., 2003).

Anche le cause della morte cellulare nella SLA non sono ancora ben definite, ma nelle forme causate da mutanti di SOD1 (2% del totale) è stato dimostrato uno stretto rapporto con l’anomala formazione di oligomeri della proteina.

L’intensa attività metabolica delle cellule cerebrali comporta un’elevata produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS), alla quale fa riscontro un’alta concentrazione di difese antiossidanti enzimatiche e di piccole molecole. Come è noto, i radicali liberi dell’ossigeno sono degli intermedi richiesti in molte reazioni biologiche, ma possono danneggiare le macromolecole durante lo stress ossidativo. Una specie particolarmente attiva è il superossido per la presenza di un solo elettrone non appaiato nell’orbitale più esterno. La SOD1, che converte l’O2 superossido in H2O2, poi metabolizzato in acqua e ossigeno da catalasi e glutatione perossidasi, può costituire fino all’1% delle proteine del cervello.

Il gene per SOD1 è localizzato sul cromosoma 21 e codifica una subunità di 16-18 kDa che lega un Cu2+ ed uno Zn2+ e, associandosi in omodimeri, costituisce la forma attiva dell’enzima.

Quando SOD1 è sintetizzato dalla cellula, non contiene rame e zinco, che saranno acquisiti solo in un secondo momento, per cui Ivano Bertini, Lucia Banci e gli altri collaboratori del Dipartimento di Chimica e del Centro di Risonanza Magnetica dell’Università di Firenze hanno voluto esplorare il comportamento dell’enzima privo dei due cationi (Banci L., et al. Metal-free superoxide dismutase forms solubile oligomers under physiological conditions: a possible general mechanism for familial ALS. Proc Natl Acad Sci USA 104 (27): 11263-11267, 2007).

Gli esperimenti hanno fatto rilevare che il tipo umano normale di SOD1 in assenza dei due ioni metallici forma grandi e stabili oligomeri proteici con una massa molecolare media di circa 650 kDa a 37°C, pH 7.0 e 100 microM di concentrazione della proteina, ossia in condizioni fisiologiche. I ricercatori hanno anche rilevato che i ponti disolfuro intermolecolari si formano durate l’oligomerizzazione, implicando Cys-6 e Cys-111 nel legame.

I risultati di questo lavoro indicano la possibilità che l’evento fondamentale della patogenesi sia costituito dal mancato legame con Cu2+ e Zn2+, sia per le forme mutate sia per quella normale di SOD1, al quale seguirebbe la formazione di omodimeri che prelude alla successione di eventi che portano a morte il motoneurone.

Bertini e Banci con altri colleghi, in collaborazione con il Dipartimento di Chimica e Biochimica della University of California a Los Angeles (UCLA), hanno poi studiato uno dei numerosi mutanti di SOD1, G37R, ritenuto responsabile di una forma di SLA familiare (Banci L., et al. Metalation of the Amyotrophic Lateral Scleosis Mutant Glicine 37 to Arginine Superoxide Dismutase (SOD1) Apoprotein Restores Its Structural and Dynamical Properties in Solution to Those of Metalated Wild-Type SOD1. Biochemistry 17683122 [Epub ahead of print, Aug 7] 2007).

La mutazione riguarda una regione (beta barrel plug) critica per la stabilità strutturale della proteina. Lo studio in soluzione dell’enzima mutante ha rivelato un’aumentata plasticità dell’apoproteina -cioè del polipeptide privo di rame e zinco- verosimilmente responsabile della sua accentuata tendenza all’aggregazione in soluzioni concentrate.

Questo lavoro conferma ulteriormente che sono le forme senza metalli di SOD1 a causare le aggregazioni tossiche per i neuroni di moto.

 

Per i riferimenti bibliografici citati nel testo scrivere a soci@brainmindlife.org. Il testo completo dell’articolo di Banci e colleghi su Proceedings of the National Academy of Science USA  è gratuitamente scaricabile da PubMed e dal sito della rivista.

 

Nicole Cardon

BM&L-Settembre 2007

www.brainmindlife.org