Uno studio condotto da Stanford Medicine ha individuato che le mutazioni in un complesso proteico sono associate a disturbi dello sviluppo caratterizzati da crisi epilettiche e disabilità intellettiva.
Nel lontano 1992, la dottoressa Judith Frydman ha fatto una scoperta rivoluzionaria: un complesso molecolare fondamentale in tutte le cellule umane, responsabile di piegare correttamente le proteine. Questo complesso, noto come TRiC, agisce come un chaperone proteico che assiste nella corretta piegatura di migliaia di proteine umane, con circa il 10% di tutte le proteine umane che passano attraverso di esso.
Tutti gli animali possiedono diversi tipi di chaperoni proteici, ognuno con il proprio ruolo nel processo di piegatura delle proteine all’interno della cellula. TRiC si lega alle proteine appena sintetizzate, guidandole nella corretta struttura tridimensionale, permettendo loro di svolgere le loro funzioni vitali all’interno della cellula.
La dottoressa Frydman, titolare della Cattedra Donald Kennedy presso la Scuola di Scienze Umanistiche e docente di biologia e genetica, ha incontrato il dottor Ingo Kurth, pediatra presso l’Università RWTH di Aquisgrana, durante un anno sabbatico in Germania. È stato proprio Kurth a presentarle un enigma intrigante.
Decenni dopo la scoperta di Frydman e numerosi studi approfonditi sul meccanismo di TRiC, il dottor Kurth ha individuato una mutazione in uno dei componenti di TRiC in un bambino affetto da disabilità intellettiva, crisi epilettiche e malformazioni cerebrali. Questo ha sollevato l’interrogativo se la mutazione di TRiC potesse essere responsabile dei sintomi del bambino.
Pur essendo noto che disfunzioni nel complesso sono associate a condizioni come il cancro e la malattia di Alzheimer, non si era mai ipotizzato che mutazioni ereditarie in TRiC potessero causare disturbi dello sviluppo. Poiché la corretta piegatura delle proteine è essenziale per il loro corretto funzionamento e TRiC è coinvolto in questo processo per numerose proteine, gli scienziati hanno ipotizzato che qualsiasi mutazione che compromettesse la capacità di TRiC di piegare le proteine sarebbe letale.
La dottoressa Frydman e il suo team di ricerca hanno avviato una collaborazione con i ricercatori dell’Università RWTH di Aquisgrana per approfondire la questione. Insieme ai colleghi della Scuola di Medicina dell’Università di Washington a St. Louis, Missouri, hanno esaminato come la mutazione in un gene specifico di TRiC, noto come CCT3, influenzasse la funzione di TRiC in vermi cilindrici, lieviti da forno e pesci zebra.
Contemporaneamente, i pediatri hanno analizzato un database genetico di pazienti affetti da disabilità intellettiva e difetti nello sviluppo neurologico simili a quelli del primo paziente. Hanno individuato altri 21 casi con sintomi simili, sebbene con variazioni nella gravità, con mutazioni in 7 dei 8 componenti di TRiC.
Il laboratorio della dottoressa Frydman ha dimostrato che tutte queste 21 mutazioni compromettono la funzione di TRiC, stabilendo un legame causale tra i difetti di TRiC e i disturbi cerebrali. Questa nuova classe di malattie neurologiche è stata denominata “TRiCopatie” dai ricercatori e le loro scoperte sono state pubblicate su Science.
Successivamente, è stato individuato un ulteriore paziente con mutazioni nell’ottavo sottoinsieme di TRiC, aprendo nuove prospettive sul ruolo dei chaperoni nello sviluppo cerebrale, come afferma la dottoressa Frydman, una delle autrici senior dello studio.
Tutti i pazienti identificati dai ricercatori possiedono una copia sana del gene TRiC oltre alla versione mutata, confermando l’importanza di questo chaperone: due copie mutate di uno qualsiasi di questi geni sarebbero probabilmente letali. Sebbene alcuni pazienti presentino anche deficit muscolari, l’effetto principale di queste mutazioni sembra essere neurologico, secondo la dottoressa Frydman.
Il laboratorio della dottoressa Frydman ha sviluppato nel corso degli anni metodi per studiare il complesso TRiC nelle cellule di lievito e in vitro. Il dottor Piere Rodriguez-Aliaga, co-primo autore dello studio, ha creato mutazioni nelle versioni di lievito dei geni TRiC corrispondenti alle 22 mutazioni umane legate alla malattia. Questo ha evidenziato che diverse mutazioni hanno effetti diversi a seconda della loro posizione all’interno del complesso TRiC, spiegando la varietà dei sintomi riscontrati nei pazienti.
Altri ricercatori della collaborazione hanno introdotto mutazioni simili in vermi cilindrici e pesci zebra per studiare come queste mutazioni abbiano influenzato gli organismi pluricellulari e lo sviluppo cerebrale. In tutti e tre gli organismi, è emerso che avere solo la versione mutata di CCT3, il gene TRiC, era letale.
Sebbene non sia ancora chiaro quali proteine mal piegate siano responsabili dei sintomi neurologici, si sospetta che proteine strutturali come actina e tubulina, fondamentali per il movimento e la stabilità cellulare, siano coinvolte. I vermi con mutazioni di TRiC presentavano aggregati di actina, un segno di proteine mal piegate, mentre i mitocondri, essenziali per la funzione neuronale, erano anch’essi influenzati.
La dottoressa Frydman e il dottor Rodriguez-Aliaga prevedono di approfondire ulteriormente il meccanismo delle mutazioni legate alla malattia, studiando come influenzano la capacità di TRiC di piegare le proteine. Vogliono anche utilizzare cellule derivate dai pazienti per coltivare neuroni o organoidi cerebrali in laboratorio e valutare gli effetti delle mutazioni sulle cellule cerebrali umane.
Questo lavoro rappresenta un esempio eccellente di connessione tra la ricerca di base e la medicina, come sottolinea il dottor Rodriguez-Aliaga. Lo studio è stato reso possibile grazie agli anni di ricerca condotta sulla biochimica e biofisica di TRiC a partire dal 1992.
Riferimento: “Malformazioni cerebrali e crisi epilettiche per disfunzione del chaperonin di TRiC” di Florian Kraft, Piere Rodriguez-Aliaga, Weimin Yuan, Lena Franken, Kamil Zajt, Dimah Hasan, Ting-Ting Lee, Elisabetta Flex, Andreas Hentschel, A. Micheil Innes, Bixia Zheng, Dong Sun Julia Suh, Cordula Knopp, Eva Lausberg, Jeremias Krause, Xiaomeng Zhang, Pamela Trapane, Riley Carroll, Martin McClatchey, Andrew E. Fry, Lisa Wang, Sebastian Giesselmann, Hieu Hoang, Dustin Baldridge, Gary A. Silverman, Francesca Clementina Radio, Enrico Bertini, Andrea Ciolfi, Katherine A Blood, Jean-Madeleine de Sainte Agathe, Perrine Charles, Gaber Bergant, Goran uturilo, Borut Peterlin, Karin Diderich, Haley Streff, Laurie Robak, Renske Oegema, Ellen van Binsbergen, John Herriges, Carol J. Saunders, Andrea Maier, Stefan Wolking, Yvonne Weber, Hanns Lochmüller, Stefanie Meyer, Alberto Aleman, Kiran Polavarapu, Gael Nicolas, Alice Goldenberg, Lucie Guyant, Kathleen Pope, Katherine N. Hehmeyer, Kristin G. Monaghan, Annegret Quade, Thomas Smol, Roseline Caumes, Sarah Duerinckx, Chantal Depondt, Wim Van Paesschen, Claudine Rieubland, Claudia Poloni, Michel Guipponi, Severine Arcioni, Marije Meuwissen, Anna C. Jansen, Jessica Rosenblum, Tobias B. Haack, Miriam Bertrand, Lea Gerstner, Janine Magg, Olaf Riess, Jörg B. Schulz, Norbert Wagner, Martin Wiesmann, Joachim Weis, Thomas Eggermann, Matthias Begemann, Andreas Roos, Martin Häusler, Tim Schedl, Marco Tartaglia, Juliane Bremer, Stephen C. Pak, Judith Frydman, Miriam Elbracht e Ingo Kurth, 31 ottobre 2024, Science. DOI: 10.1126/science.adp8721
