Come il principio delle tagliatelle al formaggio aiuta a contrastare l'Alzheimer

La nostra aspettativa di vita sta aumentando e, di conseguenza, le malattie legate all'età stanno diventando più comuni, comprese le malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson. Queste malattie nel cervello sono causate da depositi di strutture proteiche dannose costituite da proteine amiloidi ripiegate in modo errato. Queste assomigliano a fibre o spaghetti. Ad oggi non esiste una terapia efficace per prevenire o eliminare tali depositi.

Tuttavia, una molecola endogena chiamata spermina sta alimentando le speranze. Come hanno scoperto i ricercatori guidati dal responsabile dello studio Jinghui Luo del Centro per le Scienze della Vita dell'Istituto Paul Scherrer PSI, questa sostanza è in grado di prolungare la vita dei piccoli nematodi, di migliorare il loro movimento in età avanzata e di rafforzare le centrali energetiche delle cellule, i mitocondri. In particolare, i ricercatori hanno osservato come la spermina aiuti le difese dell'organismo a smaltire i depositi di proteine amiloidi che danneggiano i nervi.

Le nuove scoperte potrebbero servire come base per lo sviluppo di nuove terapie contro queste malattie.

Un mediatore centrale per i processi cellulari

La spermina è una sostanza vitale per l'organismo. Appartiene alle cosiddette poliammine, molecole organiche relativamente piccole. La spermina prende il nome dal liquido seminale degli spermatozoi, poiché si trova in concentrazioni particolarmente elevate negli spermatozoi ed è stata scoperta per la prima volta oltre 150 anni fa. Tuttavia, si trova anche in molte cellule dell'organismo, soprattutto in quelle attive e in grado di dividersi.

La spermina favorisce la mobilità e l'attività delle cellule e controlla molti processi diversi. Soprattutto, interagisce con gli acidi nucleici del materiale genetico e regola la selezione dei geni e la loro conversione in proteine. In questo modo, garantisce che le cellule possano crescere, dividersi e infine morire correttamente. La spermina è inoltre fondamentale per un importante processo cellulare chiamato "condensazione biomolecolare": alcune macromolecole come le proteine e gli acidi nucleici si segregano e si raccolgono, per così dire, in goccioline all'interno della cellula,
in modo che possano avvenire reazioni importanti.

In relazione a malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer o il morbo di Parkinson, ci sono già state indicazioni che la spermina può proteggere le cellule nervose e alleviare la perdita di memoria legata all'età. Tuttavia, finora mancava una comprensione più precisa del modo in cui interviene nei processi che danneggiano i nervi, al fine di trarne potenziali benefici medici.

Sostegno allo smaltimento dei rifiuti cellulari

Il gruppo di Jinghui Luo ha ora studiato questo aspetto in modo più approfondito. Oltre alla microscopia ottica, i ricercatori hanno utilizzato anche il metodo di misurazione della diffusione SAXS presso la Swiss Light Source SLS del PSI per far luce sulla dinamica molecolare dei processi. Le indagini sono state condotte sia in un capillare di vetro (in vitro) sia in organismi viventi (in vivo). Il nematode C. elegans è servito come organismo modello.

Come si è scoperto, la spermina fa sì che le proteine nocive si raccolgano attraverso la condensazione biomolecolare e si aggreghino in una certa misura. Questo facilita un processo chiamato autofagia, che avviene abitualmente nelle nostre cellule: L'autofagia è un processo di riciclaggio naturale, che avvolge le proteine danneggiate o non necessarie in piccole vescicole di membrana e le scompone in modo sicuro con gli enzimi.

"L'autofagia è in grado di gestire in modo più efficace gli ammassi proteici più grandi", spiega Luo, responsabile dello studio. "E la spermina è l'agente legante, per così dire, che unisce i filamenti. Ci sono solo forze elettriche debolmente attrattive tra le molecole che le organizzano, ma non le legano saldamente".

Secondo Luo, il tutto può essere visualizzato come un piatto di spaghetti. "La spermina è come il formaggio che lega i lunghi e sottili spaghetti senza incollarli, rendendoli più facili da digerire".

Alla ricerca della giusta combinazione di ingredienti

La spermina ha un effetto anche su altre malattie, come il cancro. Anche in questo caso, la ricerca è ancora necessaria per chiarire quali siano i meccanismi coinvolti, per poi ipotizzare approcci terapeutici basati sulla spermina. Oltre alla spermina, esistono molte altre poliammine che svolgono importanti funzioni nell'organismo e sono quindi di interesse medico. La ricerca in questo settore ha quindi ancora un grande potenziale. "Se comprendiamo meglio i processi sottostanti", afferma Luo, "possiamo cucinare piatti più gustosi e digeribili, per così dire, perché sapremo esattamente quali spezie in quali dosi rendono la salsa particolarmente saporita".

In questa ricerca viene utilizzata anche l'intelligenza artificiale, che può calcolare molto più rapidamente le combinazioni promettenti di "ingredienti per la salsa" sulla base di tutti i dati disponibili. Secondo Luo, per questi studi e per quelli successivi sono importanti anche i metodi di scattering risolti nel tempo e l'imaging ad alta risoluzione che possono rappresentare questi processi in tempo reale e fino al livello subcellulare. Oltre che al PSI, tali metodi sono disponibili solo in poche altre strutture di sincrotrone al mondo.