PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

Encefalopatie Spongiformi Trasmissibili (TSE) «patologie caratterizzate da perdita neuronale e degenerazione del tessuto cerebrale che assume l’aspetto di una spugna» Nell’uomo: malattia di Creutzfeldt-Jacob (CWD) nuova variante della malattia di Creutzfeldt-Jacob (vCWD) malattia di Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS) insonnia familiare fatale (IFF) kuru Negli altri mammiferi: scrapie negli ovi-caprini encefalopatia spongiforme bovina nei bovini (BSE) malattia del deperimento cronico nei cervi (CWD) PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

La proteina prionica: un nuovo agente infettivo Fattori patogenetici: assenza di risposta immunitaria e infiammatoria; lungo tempo di incubazione; elevata resistenza alla degradazione con proteasi; estrema resistenza a numerosi agenti chimici (etanolo, formaldeide, disinfettanti fenolici ecc.) o fisici (calore, pH, radiazioni, ecc.) in grado di inattivare in genere i microrganismi La proteina prionica: un nuovo agente infettivo PrPc e PrPsc a confronto «le due isoforme hanno la stessa sequenza amminoacidica» PrPsc espressa negli individui affetti da TSE preponderante presenza di strutture a foglietto-beta resistente alla proteinasi-K tendenza ad aggregarsi in oligomeri o fibrille PrPc fisiologicamente espressa negli individui sani ricca di motivi alfa-elica suscettibile all’azione della proteinasi-K PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

Malattie neurodegenerative con caratteristiche prionico-simili sono caratterizzate proprio come le malattie prioniche da modifiche conformazionali di specifiche proteine che tendono a polimerizzare formando aggregati che si accumulano nel sistema nervoso Patologia Proteina mal ripiegata Localizzazione dell’aggregato cellulare Autopropagazione Diffusione cellula- cellula Migrazione tissutale Trasmissione Resistenza alla degradazione TSE Prionica Intracellulare Extracellulare Si MA Tau MP α-sin Possibile SLA SOD1 No Nessuna degradazione TDP-43 Intracellulare (Modificato da Marciniuk et al., 2013) LEGENDA: TSE: Encefalopatie Spongiformi Trasmissibili MA: Malattia di Alzheimer MP: Malattia di Parkinson SLA: Sclerosi Laterale Amiotrofica PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

Risposte anticorpali specifiche contro le proteine mal ripiegate Favorire la disaggregazione di oligomeri e fibrille; legare e bloccare la proteina mal ripiegata extracellulare evitandone il diffondersi alle cellule e ai tessuti adiacenti; agire su proteine mal ripiegate ancora associate con le cellule malate, diminuendo in tal modo la diffusione cellula-cellula locale; evitare il rilascio di altre proteine mal ripiegate; (Tratto da Marciniuk et al., 2013) PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

Anticorpo monoclonale 6D11(mAb6D11) nel modello murino con malattia di Alzheimer ---> ha lo scopo finale di bloccare proprio i legami fra gli oligomeri Aβ e la PrPc riducendo così la tossicità Bersaglio: PrPc Patologia: Alzheimero Trattamento: iniezioni intraperitoneali di 1mg di 6D11 per cinque giorni a settimana, per un periodo di due settimane, in topi transgenici APP/PS1 di età pari a otto mesi (Chung et al., 2010) (Immagini tratte da Chung et al., 2010) sia i risultati del test radial arm maze che quelli dell’analisi dell’immunoreattività alla sinaptofisina ci indicano un netto recupero dell’apprendimento cognitivo nei topi trattati con l’anticorpo monoclonale 6D11 (Chung et al., 2010) PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

…nuovo approccio immunoterapeutico: Frammenti a catena singola variabile (scFv) Sono costituiti dalla regione variabile delle catene pesanti VH e leggere VL di uno specifico anticorpo (IgG) unite da un peptide linker; (Malone and Sullivan, 1996) Possono raggiungere il cervello mediante iniezione intracerebrale, somministrazione intranasale o trasduzione virale (Federoff, 2009) (Tratto da Huang et al., 2013) PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

scFv VANTAGGI SVANTAGGI facilità di penetrazione nei tessuti dovuta alle ridotte dimensioni; capacità di mantenere inalterata la loro specificità per l’antigene contro cui sono rivolti; trasporto all’interno di piccoli vettori virali come ad esempio i virus rAAV grazie alla loro ridotta dimensione ; presenza del peptide “linker” che permette alla molecola anticorpale una certa flessibilità necessaria per un efficace adattamento all’epitopo riconosciuto; Emivita piuttosto breve che ne limita fortemente l’utilizzo in trattamenti di lunga durata PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

(1) Risultati post-trattamento con scFv: scFv anti-PrPc in un modello murino con disturbo prionico utilizzando vettori di trasmissione rAAV. Bersaglio: PrPc Patologia: Disturbo prionico (Tratte da Huang et al., 2013) …i risultati indicano sia un ritardo dell’insorgenza della malattia (Grafico a) che una minore espressione dei livelli di PrPsc (Pannello d), evidenziando dunque una tossicità ridotta dell’infezione prionica nei topi trattati con scFv anti-PrPc (Huang et al., 2013) PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

(2) Risultati post-trattamento con scFv: somministrazioni nell’ ippocampo del modello murino 3xTg AD di scFv anti-Aβ associato ad un adenovirus ricombinante (rAAV) per la malattia di Alzheimer (Huang et al., 2013) Bersaglio: Aβ-peptide Patologia: Alzheimer Z(Tratte da Huang et al., 2013) …i risultati mostrano un livello più basso di espressione dell’Aβ-peptide insolubile (Grafico b), minor numero di placche amiloidi (Immagine d-f) e un recupero dell’apprendimento spaziale e temporale (Grafico h) nei topi trattati con scFv anti-Aβ (Huang et al., 2013) PROTEINA PRIONICA E PATOLOGIE NEURODEGENERATIVE: L’IMMUNOTERAPIA COME POSSIBILE TRATTAMENTO

CONCLUSIONI: Le patologie prioniche sono un complesso gruppo di malattie che condividono caratteristiche peculiari come ad esempio la natura dell’agente infettivo rappresentato dalla proteina stessa e non da un acido nucleico come nel caso delle infezioni virali; il trattamento con anticorpi monoclonali diretti contro la PrPc ha prodotto importanti risultati sui modelli animali, ma anche se si è solo all’inizio, la possibilità di agire direttamente sull’uomo è più che un’ipotesi; l’utilizzo di frammenti a catena singola variabile (scFv) appare piuttosto promettente per l’elevata capacità di penetrazione nei tessuti grazie alle ridotte dimensioni e per l’alta specificità verso l’antigene di interesse ma attualmente è fortemente limitato a causa della sua breve emivita; osservando i risultati ottenuti è evidente che le sperimentazioni studiate nell’ elaborato dimostrano una buona efficacia sia nel rallentamento della malattia che nel recupero delle capacità cognitive e aprono una strada percorribile per migliorare così la condizione psico-fisica del paziente e per aumentarne la sopravvivenza.