REPORT FINALE RICERCA CNR (MARIA PASSAFARO) – APRILE 2015

PROGETTO: IL RUOLO DELLA PROTOCADERINA19 NELL’EPILESSIA LIMITATA ALLE BAMBINE.

 

INTRODUZIONE

 

L’epilessia limitata alle bambine è una patologia caratterizzata da deficit cognitivi e fenomeni epilettici che si manifestano nell’infanzia (6-36 mesi). E’ causata da diverse mutazioni nel gene protocaderina19, localizzato sul cromosoma X.

Le basi molecolari di questa patologia non sono ancora note e non esistono ad oggi terapie.

Per questo motivo, è di estrema importanza definire i meccanismi molecolari tramite i quali mutazioni di PCDH19 causano epilessia e ritardo mentale e chiarire meglio quali siano le funzioni di questa proteina in colture neuronali ippocampali.

 

PCDH19 è una proteina trans membrana che appartiene alla superfamiglia delle caderine, molecole di adesione cellulare calcio-dipendente, espressa soprattutto nei tessuti neuronali e a differenti stadi di sviluppo. E’ costituita da sei domini extracellulari importanti per le interazioni tra le cellule, una breve regione trans membrana e una coda citoplasmatica con due domini conservati tra le caderine (CM1 e CM2) e una sequenza di localizzazione nucleare. Le proprietà adesive del dominio extracellulare della PCDH19 permettono interazioni intercellulari tra neuroni che esprimono questa proteina e una conseguente comunicazione intracellulare tra essi.

 

E’ già stato dimostrato che altre caderine, come N-Caderina e gamma-protocaderina, sono in grado di trasdurre i segnali extracellulari all’interno delle cellule neuronali tramite un taglio proteolitico. Infatti, dopo specifici stimoli extracellulari, come l’attivazione neuronale, le proteine sono tagliate da diversi enzimi sia fuori sia dentro la cellula. Questo processo porta alla formazione di un piccolo frammento citoplasmatico che può entrare nel nucleo e interagire con il DNA per regolare una risposta nucleare.

 

Comprendere la funzione del taglio della PCDH19 potrebbe aiutare a chiarire il meccanismo che determina la patologia e portare all’individuazione di alcuni possibili bersagli terapeutici.

 

RISULTATI

 

Poiché è stato dimostrato che mutazioni di PCDH19 causano epilessia limitata alle bambine, il nostro progetto si propone di studiare quali siano le funzioni di questa proteina in cellule neuronali per identificare una nuova strategia terapeutica.

In particolare andremo ad approfondire il suo ruolo nel cervello e nello sviluppo neuronale sia in condizioni normali sia in altre simili a quella patologica. Useremo l’ippocampo come modello per i nostri esperimenti, poiché regione interessata da crisi epilettiche e fondamentale per le funzioni cognitive, quali l’apprendimento e la memoria.

 

Prima di tutto abbiamo analizzato l’espressione della proteina sia in diverse aree cerebrali, sia nei neuroni a diversi stadi di maturazione e i risultati indicano che PCDH19 è espressa soprattutto a livello dell’ippocampo e preferenzialmente nei neuroni immaturi.

 

Nei neuroni maturi, invece, PCDH19 sembra essere espressa soprattutto in quelli di tipo inibitorio, ma anche in una sottocategoria di neuroni eccitatori. Questo dato è di fondamentale importanza, poiché la localizzazione della PCDH19 in neuroni sia di tipo eccitatorio sia inibitorio suggerisce un suo ruolo nel mantenimento del corretto equilibrio eccitazione-inibizione, punto cruciale per patologie caratterizzate da fenomeni epilettici.

 

Infine, per approfondire il meccanismo d’azione che porta allo sviluppo della patologia stiamo analizzando il ruolo del possibile taglio della PCDH19. Infatti, abbiamo osservato che anch’essa, come N-caderina e la gamma-protocaderina, subisce un taglio proteolitico che libera la coda citoplasmatica della proteina, la quale è ora in grado di localizzarsi nel nucleo. Questo risultato è di estrema importanza, poiché mostra un ruolo nuovo della proteina nel nucleo che deve essere studiato per poter avere un quadro completo della sua funzione e poter sviluppare possibili farmaci.

Inoltre, a questo scopo, abbiamo cercato di riprodurre la patologia riducendo al minimo i livelli di espressione della proteina PCDH19 nelle cellule neuronali. I primi esperimenti sviluppati su questo modello indicano un’importante alterazione di due elementi nucleari, noti per essere coinvolti in altre forme epilettiche.

Di conseguenza la nostra ipotesi vede la PCDH19 come proteina in grado di collegare specifici segnali extracellulari con due elementi nucleari fornendo così un’adeguata risposta neuronale in grado di mantenere bilanciato l’equilibrio eccitazione-inibizione.

 

CONCLUSIONE

 

E’ ormai noto che il ruolo di PCDH19 nel cervello non sia ben definito e che i meccanismi molecolari dell’epilessia limitata alle bambine siano ancora da chiarire.

 

Abbiamo dimostrato che PCDH19 è espressa soprattutto a livello dell’ippocampo e preferenzialmente nei neuroni immaturi. Inoltre, risultati preliminari indicano che anche questa proteina subisce un taglio proteolitico da parte di enzimi intracellulari, in grado di rilasciare la coda citoplasmatica che va a localizzarsi nel nucleo.

 

Date tutte queste premesse, l’obiettivo finale del nostro progetto è di ulteriormente comprendere il ruolo di PCDH19 nel cervello combinando sistemi sperimentali in vitro quali neuroni in coltura e in vivo (modelli animali con alterati livelli di PCDH19) che ci permettano di iniziare a validare l’efficacia di tali molecole nel ripristino del normale equilibrio tra eccitazione e inibizione, la cui perturbazione è alla base dell’epilessia e di numerose altre patologie neurologiche.