SCOPERTA UNA VIA DI
SEGNALAZIONE LEGATA AL FERRO
Il danno eccito-tossico cerebrale per ischemia-ipossia da ictus e per numerose altre cause di degenerazione nervosa, comporta una superstimolazione dei recettori NMDA del glutammato, alla quale segue un massiccio afflusso intracellulare di Ca2+ che, insieme con l’incremento di Zn2+, si fa responsabile dell’attivazione di una parte considerevole delle vie citotossiche intracellulari. Lo stress ossidativo che segue all’intensa stimolazione degli NMDA è oggetto di numerosi studi, perché gli esatti meccanismi molecolari che legano l’eccessivo stimolo dei recettori al danno cellulare non sono ancora noti.
I radicali liberi sono molecole che hanno nell’orbitale più esterno un elettrone non accoppiato, e comprendono l’atomo di H, l’Ossigeno biatomico (che possiede due elettroni non accoppiati, con lo stesso spin, in due orbitali diversi), l’NO, il superossido, l’ossidrile –OH e metalli di transizione come il rame e il ferro. A questi bisogna aggiungere l’H2O2 che, attraverso la reazione di Fenton con il Ferro ferroso, dà il Ferro ferrico e due ossidrili; e gli altri radicali che si producono mediante la reazione di Haber-Weiss.
Per stress ossidativo si intende una condizione in cui le difese antiossidanti della cellula risultano insufficienti per un loro difetto, per un eccesso di radicali liberi o, come in genere accade in condizioni patologiche, per entrambe le cause. Una delle principali conseguenze di questo squilibrio funzionale è l’alterazione delle macromolecole cellulari.
Il cervello presenta numerose caratteristiche che lo rendono vulnerabile al danno da radicali liberi. I lipidi cerebrali sono particolarmente ricchi di acidi grassi poli-insaturi, e molte regioni del cervello, quali la Sostanza Nera mesencefalica e i nuclei della base che costituiscono il Corpo Striato, hanno alte concentrazioni di ferro. Entrambi questi fattori accrescono la suscettibilità delle membrane cellulari alla perossidazione lipidica. Poiché l’encefalo è criticamente dipendente dal metabolismo aerobico, l’attività respiratoria mitocondriale è più alta che in altri tessuti, e ciò accresce il rischio di perdita di radicali liberi dai mitocondri; per contro, il danno da radicali liberi ai mitocondri è scarsamente tollerato dal cervello, proprio per la sua dipendenza dal metabolismo aerobico.
Cheah e i suoi collaboratori hanno identificato una nuova via di segnalazione che collega l’attivazione dei recettori NMDA alla captazione del ferro. La sequenza di reazioni di nuova identificazione medierebbe l’omeostasi neuronica del metallo, pertanto gli autori ritengono di aver identificato un nuovo processo nella tossicità da eccessiva stimolazione degli NMDA, consistente nella rottura dell’equilibrio omeostatico del ferro (NMDA receptor-nitric oxide transmission mediates neuronal iron homeostasis via the GTP-ase Dexras1. Neuron 51, 431-440, 2006).
Consideriamo ora, in sintesi, gli aspetti salienti di questo studio.
Il flusso di calcio endocellulare che segue la stimolazione degli NMDA stimola la formazione di un complesso proteico contenente la neuronal nitric oxide synthase (nNOS), la proteina adattatrice CAPON e la GTP-asi DEXRAS1. La vicinanza di nNOS a DEXRAS1 porta all’S-nitrosilazione ed attivazione di DEXRAS1 da parte di NO. Essendo ignota la funzione della DEXRAS1 attivata, Cheah e colleghi hanno provato ad individuare i suoi bersagli a valle, riuscendo ad identificare la proteina associata al recettore periferico delle benzodiazepine (PAP7), che interagisce con il divalent metal tranporter (DMT1), come potenziale interattore di DEXRAS1. Esperimenti di co-immunoprecipitazione con anticorpi per le tre proteine hanno confermato queste interazioni e rivelato l’esistenza di un complesso ternario contenente le tre macromolecole.
Poiché è noto il ruolo di DMT1 nella captazione del ferro, i ricercatori hanno indagato la possibilità che DEXRAS1 e PAP7 possano partecipare all’omeostasi del ferro. La coespressione di entrambe le proteine in cellule HEK che esprimono DMT1 endogena, portava ad un aumento della captazione del ferro di gran lunga maggiore di quello che si registrava con la sola iper-espressione di DEXRAS1.
Definito il ruolo fisiologico di DEXRAS1 e PAP7 nella captazione del ferro, Cheah e i suoi colleghi hanno cercato di determinare se NO/nNOS e i recettori NMDA agiscono a monte di DEXRAS1 nella stessa via. A tale scopo hanno impiegato le cellule PC12, che esprimono DEXRAS1, PAP7 e DMT1: aggiungendo donatori di NO aumentava la captazione del ferro; effetto che era abolito dall’eliminazione di DEXRAS1 mediante l’interferenza dell’RNA o la mutazione del sito di nitrosilazione.
Questi risultati apparivano coerenti con l’idea che la stimolazione eccessiva degli NMDA attivi una specifica via in grado di determinare accumulo di ferro all’interno della cellula con effetti tossici. A sostegno di questa interpretazione, i ricercatori hanno rilevato che una dose di NMDA in grado di uccidere più del 90% dei neuroni corticali primari in coltura, risultava virtualmente priva di effetto quando le cellule nervose venivano sottoposte a trattamento con un chelante selettivo del ferro.
La ricerca del gruppo di Cheah sembra aver chiaramente delineato l’esistenza di una via di segnalazione che collega la captazione del ferro alla neurotrasmissione, e che potrebbe essere alterata in molti processi fisiopatologici mediati dal glutammato.
L’autrice della nota ringrazia Isabella Floriani per
la correzione della bozza.