Rivelato il legame tra enzima danneggiato e disabilità intellettiva

Un nuovo metodo di analisi mostra l’impatto di una rara mutazione genetica.

Un nuovo studio rivela come una rara mutazione genetica porti alla disabilità intellettiva. La mutazione P212L in un enzima chiamato CaMKIIalpha, importante per l’apprendimento e la memoria, è nota per essere collegata alla disabilità intellettiva. Tuttavia, finora non era chiaro il processo esatto con cui la mutazione influiva sull’attività dell’enzima. Un nuovo metodo di analisi delle proteine ha dimostrato che la mutazione P212L provoca una maggiore attivazione di CaMKIIalpha. Ciò ha permesso ai ricercatori di identificare un potenziale trattamento utilizzando i farmaci esistenti, e questo nuovo metodo potrebbe essere adattato per analizzare altre cause genetiche di disabilità e malattia in futuro.

Circa l’1% della popolazione mondiale vive con una disabilità intellettiva. Le cause comunemente note sono diverse, tra cui infezioni, lesioni o condizioni genetiche. CaMKIIalpha è un enzima che media le reazioni biochimiche nel cervello ed è importante per la nostra capacità di apprendimento. L’apprendimento tipico richiede che l’attività di CaMKIIalpha sia regolata a livelli e tempi appropriati e le sue irregolarità sono state precedentemente collegate a una serie di disturbi neurologici. Una causa nota di disabilità intellettiva è una mutazione P212L in CaMKIIalpha. Sebbene sia nota l’associazione tra la disabilità intellettiva e la mutazione, in precedenza non si era capito esattamente come la mutazione dell’enzima ne alterasse la funzione.

La mutazione P212L è molto rara, ma in Giappone è stato identificato un paziente che ha partecipato a uno studio con ricercatori dell’Università di Tokyo e dell’Università di Nagoya. “Questo è solo il quarto caso conosciuto di questa mutazione P212L nel mondo. Tuttavia, la relazione tra questa mutazione genica singola e i sintomi è relativamente chiara, il che la rende importante nello studio della disabilità intellettiva”, ha dichiarato Hajime Fujii, docente della Graduate School of Medicine dell’Università di Tokyo.

Poiché le reazioni su questa scala non sono direttamente visibili ai nostri occhi, devono essere monitorate con altre tecniche. Tuttavia, questi esperimenti sono di solito laboriosi e richiedono tempo. “È difficile elaborare molti campioni in parallelo e non è possibile misurare l’attività enzimatica in condizioni fisiologiche, come le cellule viventi o le sinapsi. Volevamo qualcosa di più semplice, scalabile, sensibile e quantitativo. Abbiamo quindi sviluppato un metodo per misurare l’attività enzimatica con una sonda fluorescente”, ha spiegato Fujii. “Questo metodo può indicarci l’andamento di una reazione biochimica in base alla sua luminosità o al suo colore”. Per creare una sonda fluorescente, abbiamo dovuto accoppiare la reazione biochimica, come il legame molecolare o i cambiamenti nella forma delle proteine (che avvengono su scala nanometrica), con la luminosità o il colore della fluorescenza. Abbiamo quindi utilizzato un fenomeno fisico chiamato FRET (Förster resonance energy transfer), grazie al quale la sonda può cambiare la luminosità relativa tra due colori in base ai cambiamenti della CaMKIIalfa che si verificano quando viene attivata. Abbiamo chiamato il nostro approccio “strategia di fenotipizzazione della chinasi basata su FRET”.

Questo nuovo metodo ha permesso al team di analizzare rapidamente e con precisione quasi un centinaio di estratti cellulari e di studiarne l’attività biologica. È emerso che la CaMKIIalpha con la mutazione P212L presenta un’attivazione maggiore rispetto al solito. Ciò significa che il ricablaggio o i cambiamenti nel cervello che di solito si verificano durante l’apprendimento possono essere irregolari nelle persone con questa mutazione, rispetto a quelle senza. I ricercatori hanno anche scoperto che nei neuroni, prelevati dai ratti in questo studio, la risposta di CaMKIIalpha alla stimolazione era aumentata. La risposta di attivazione dell’enzima è aumentata più rapidamente e diminuita più lentamente, dimostrando ancora una volta una risposta insolitamente potenziata.

Il team spera che la sua ricerca possa aiutare a identificare opzioni di trattamento per le disabilità intellettive su base genetica. In questo caso, ha scoperto che la memantina, un farmaco attualmente utilizzato per trattare i sintomi della malattia di Alzheimer, provoca una soppressione dell’effetto della mutazione P212L nei neuroni. “Il prossimo passo sarà quello di determinare in modo più dettagliato come l’attivazione irregolare di CaMKIIalpha causi la disabilità intellettiva e di esaminare se la soppressione dell’attivazione irregolare con la memantina possa trattare la disabilità intellettiva”, ha detto Fujii.

“Finora non esisteva un trattamento medico efficace per i bambini con disabilità intellettiva su base genetica. Questo studio può offrire la possibilità di un trattamento ai pazienti con disabilità intellettiva che presentano questa rara variante di CaMKII”, ha dichiarato il professore aggiunto Hiroyuki Kidokoro dell’Università di Nagoya, coautore del lavoro e pediatra che ha lavorato con il paziente.

Guardando al futuro, Fujii ha dichiarato: “Le mutazioni in CaMKIIalfa sono state correlate ad altri disturbi del neurosviluppo, quindi potremmo essere in grado di chiarire lo sviluppo e le strategie di trattamento di queste mutazioni allo stesso modo, applicando questa piattaforma di fenotipizzazione della chinasi basata su FRET. Per applicare la nostra strategia alle mutazioni di altri geni che causano varie malattie, avremo bisogno di sonde fluorescenti per misurare le funzioni dei geni. Attualmente sono disponibili sonde fluorescenti per alcuni geni, ma non per altri, quindi sarà necessario sviluppare nuove sonde fluorescenti, il che potrebbe richiedere del tempo.”