Il gruppo di ricerca della prof. Santucci ha recentemente pubblicato un lavoro riepilogativo sul contributo di stress ossidativo, infiammazione ed amiloidosi in alcaptonuria.

 

 

La pubblicazione originale (in inglese) è consultabile su http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0891584915000878, mentre un suo sommario (sempre in inglese) è recentemente apparso su http://atlasofscience.org/understanding-the-rare-disease-alkaptonuria-the-role-of-oxidative-stress-inflammation-and-amyloidosis/#more-8701.

 

 Qui la versione in italiano del sommario.

 


 

Il ruolo di stress ossidativo, infiammazione ed amiloidosi nell’alcaptonuria

L’alcaptonuria (AKU) è una malattia ultra rara che è stata tra le prime ad essere riconosciute come errore congenito del metabolismo. Nell’AKU un difetto a carico dell’enzima omogentisato 1,2-diossigenasi (HGD) -che è conseguenza del difetto genetico- fa sì che gli aminoacidi aromatici tirosina e fenilalanina non possano essere correttamente metabolizzati, e questo provoca l’accumulo del metabolita acido omogentisico (HGA) nei fluidi biologici. È noto come l’HGA subisca ossidazione spontanea con produzione di un composto a struttura chinonica, il benzochinone acetato (BQA), e conseguente polimerizzazione fino alla produzione di pigmenti scuri ocronotici; tuttavia, i meccanismi attraverso i quali questo avviene non sono ancora del tutto chiariti.

L’AKU si manifesta classicamente con una triade di sintomi che appaiono in modo sequenziale:


⦁    Escrezione di HGA nelle urine (che diventano ‘nere’ se lasciate ossidare all’aria, da qui il nome di ‘malattia dell’urina nera’)
⦁    Ocronosi (pigmentazione scura dei tessuti connettivi in occhi, orecchie, articolazioni, valvole cardiache, da qui il nome di ‘malattia dell’osso nero’)
⦁    La comparsa di una forma precoce di artrite dovuta alla presenza del pigmento ocronotico nelle articolazioni e nella colonna vertebrale, che provoca dolore severo e riduce significativamente la qualità della vita dei pazienti.

Similmente ad altre malattie rare, il basso numero dei casi di AKU e la conseguente difficoltà di reperimento dei campioni ha reso difficile fino ad oggi la comprensione dei meccanismi molecolari attraverso i quali il difetto enzimatico porta alle manifestazioni ocronotiche. Per superare questo problema, il nostro gruppo di ricerca ha messo a punto e caratterizzato una serie di modelli sperimentali basati su cellule e tessuti umani per riprodurre in laboratorio (quindi in condizioni controllate) la malattia, così da poter studiare nel dettaglio gli effetti dell’HGA e del suo metabolita ossidato BQA. Questi modelli hanno dimostrato in modo inequivocabile che la tossicità dell’HGA e del BQA è mediata da fenomeni di stress ossidativo, infiammazione ed amiloidosi.

 

Lo stress ossidativo in AKU

L’ossidazione delle proteine, ed in particolar modo la formazione di proteine ‘carbonilate’, è considerata un marcatore universale di stress ossidativo. Le nostre ricerche hanno dimostrato che l’HGA promuove in vitro l’ossidazione delle proteine dei condrociti (le cellule della cartilagine), in particolar modo di proteine:


⦁    con funzioni strutturali
⦁    coinvolte nel mantenimento della corretta struttura di altre proteine, requisito essenziale perché queste possano correttamente esplicare la loro funzione
⦁    necessarie per superare condizioni di ‘stress’, in particolare stress ossidativo.

 

Un quadro simile è stato osservato quando sono state studiate le proteine ossidate nei condrociti prelevati da pazienti alcaptonurici
L’aggiunta di HGA in condizioni di laboratorio al siero umano provoca, analogamente, ossidazione delle proteine, sia con produzione di proteine ‘carbonilate’, sia per ossidazione dei gruppi tiolici proteici. Questi eventi possono essere parzialmente contrastati in vitro mediante aggiunta di antiossidanti. I bersagli dell’ossidazione sono in questo caso soprattutto le proteine albumina, aptoglobina, transferrina e ceruloplasmina, considerate nel loro complesso come la difesa antiossidante più importante a livello ematico.
In sintesi, quindi, l’analisi dei repertori proteici (ossidati e non) nei nostri modelli AKU ci ha permesso di evidenziare come l’HGA sia in grado di alterare sia i livelli, sia l’ossidazione (e quindi la funzionalità) di numerosi bersagli molecolari critici per il mantenimento di una corretta struttura e risposta agli stress, suggerendo che l’ossidazione possa fornire le basi, in vivo, per fenomeni di aggregazione e per la produzione del pigmento ocronotico a partire dall’HGA.

 

L’infiammazione in AKU


I condrociti umani trattati in vitro con HGA, così come i condrociti dei donatori alcaptonurici, mostrano chiari segni di perossidazione lipidica, infiammazione e rilascio di molecole che promuovono l’infiammazione. Un quadro simile si osserva anche quando si analizzano le valvole cardiache rimosse chirurgicamente dai pazienti AKU, ma il dato più interessante è che il pigmento ocronotico ed i segni della perossidazione lipidica hanno la stessa localizzazione. I lipidi ossidati sono tossici per la cellula ed attraggono cellule collegate all’infiammazione. Questo ci ha suggerito una stretta correlazione tra pigmento ocronotico ed infiammazione.

 

L’amiloidosi nell’AKU


Il termine ‘amiloide’ si riferisce ad aggregati proteici insolubili che si riscontrano comunemente in varie malattie degenerative umane. Lo stress ossidativo, insieme all’infiammazione cronica, gioca un ruolo centrale nella formazione e nella deposizione di aggregati di natura amiloide. I nostri modelli AKU più recenti hanno evidenziato in modo chiaro la natura amiloide del pigmento ocronotico generato dall’HGA, consentendo l’identificazione in AKU di una forma di amiloidosi secondaria (o reattiva) dovuta alla deposizione di proteina siero amiloide A (SAA).

In conclusione, quindi, i nostri studi sui modelli ci ha suggerito che in AKU si instauri un circolo vizioso (Fig. 1) in cui l’HGA, attraverso stress ossidativo ed infiammazione, possa promuovere l’artropatia ocronotica. In parallelo, un’inadeguata risposta allo stress ossidativo può promuovere la produzione di proteine aberranti/aggregate con formazione di amiloide. Lo stesso amiloide può essere citotossico e funzionare da supporto strutturale per la produzione del pigmento ocronotico. Questo è un esempio di come la caratterizzazione di modelli appropriati per una malattia possa contribuire a chiarirne i meccanismi molecolari e suggerire potenziali approcci terapeutici.

 Fig. 1: Ipotesi sui meccanismi dell’AKU. Lo stress ossidativo, l’infiammazione e la produzione di amiloide connessi all’HGA contribuiscono all’ossidazione e all’aggregazione proteica, ed in ultima analisi all’ocronosi.