Macroautofagia e mitofagia nelle malattie neurodegenerative: focus sugli interventi terapeutici, parte 5

La CMA è anche responsabile del mantenimento dei livelli di aSyn nativo. Uno studio affascinante ha dimostrato che gli animali che sovraesprimevano aSyn WT e ricevevano un’iniezione stereotassica di LAMP2a lentivirale mostravano un’attività CMA più elevata in concomitanza con livelli ridotti di aSyn endogeno rispetto ai topi non trattati [380]. I microRNA (miRNA) possono anche modulare gli eventi CMA.

La relazione tra CMA e memoria è strettamente correlata. CMA è l'abbreviazione di Certified Management Accountant, ovvero un certificato di qualifica professionale di gestione finanziaria riconosciuto a livello mondiale. La memoria è una capacità fondamentale del cervello umano, ovvero la capacità di ricordare, archiviare e richiamare informazioni.

Nel processo di preparazione alla CMA, l’importanza della memoria non può essere ignorata. L'esame CMA contiene un gran numero di concetti, conoscenze e abilità, che richiedono ai candidati di dedicare molta energia e tempo per apprendere e comprendere, e la qualità della memoria influisce direttamente sull'effetto di apprendimento e sui punteggi dei test.

In generale, le persone con una memoria forte sono più adatte per l'esame CMA. Perché possono padroneggiare i punti di conoscenza più velocemente, ricordare formule e concetti più facilmente e rispondere più facilmente alle domande dei test. Le persone con una memoria più debole hanno bisogno di più tempo ed energia per rivedere e studiare per garantire la padronanza delle conoscenze e i punteggi dei test.

Tuttavia, la memoria non è statica e possiamo migliorarla attraverso la formazione scientifica e l’esercizio. Ad esempio, la memoria può essere migliorata attraverso l’apprendimento attraverso più sensi, l’apprendimento ripetuto, la pratica diffusa e l’apprendimento applicato. Finché c’è fiducia e perseveranza, tutti possono migliorare la propria memoria e affrontare meglio l’esame CMA.

In breve, la CMA è strettamente correlata alla memoria. Dovremmo comprendere appieno l'importanza della memoria e adottare attivamente metodi efficaci per migliorare la memoria, gettare le basi per una migliore preparazione e superare l'esame CMA. Chengmann:

Si può vedere che dobbiamo migliorare la memoria. Cistanche può migliorare significativamente la memoria perché Cistanche è una medicina tradizionale cinese con molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'effetto di Cistanche deriva dai vari principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello in molti modi.

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È interessante notare che i miRNA miR-26b, miR-106a, miR-301b e miR-21,miR-224 e miR-373, altamente espressi nella SNpc dei pazienti con PD, sono associati a livelli ridotti di Hsc70 e LAMP2a, rispettivamente [381].

Inoltre, la modulazione della CMA utilizzando il geniposide ha dimostrato risultati interessanti nel risolvere la neurodegenerazione dopaminergica in un modello murino indotto da MPTP, aumentando l'espressione di LAMP2a e riducendo i livelli di aSyn endogeno attraverso l'inibizione di miR-21 [382].

Riguardo a queste osservazioni, possiamo apprezzare che l'autofagia ha naturalmente una funzione animperativa nella malattia di Parkinson poiché può eliminare i principali difetti cellulari che si verificano nei neuroni malati se adeguatamente affrontata.

Pertanto, l’intervento farmacologico o la terapia genetica che facilita la degradazione mitocondriale sembra essere in prima linea nelle terapie modificanti la malattia per trattare la malattia di Parkinson o almeno arrestare la progressione della malattia, il che è fondamentale poiché non esiste ancora un trattamento efficace (Figura 5).

4.3. Mirare alla macroautofagia e alla mitofagia nella MH

Considerando il ruolo critico dell’autofagia nella clearance dell’mHTT, lo studio terapeutico di questo meccanismo nella MH è evidente. La manipolazione terapeutica farmacologica o genetica dell'autofagia in vivo ha mostrato risultati eccezionali in modelli animali di MH, con il miglioramento delle anomalie comportamentali motorie e della neuropatologia.

Alcuni farmaci approvati, come la rapamicina, la cimetidina e la spermidina, sono efficaci induttori dell'autofagia e sono stati utilizzati in questi esperimenti. Recentemente, la riduzione dell'espressione dell'HTT attraverso l'editing del DNA, gli siRNA, gli shRNA o gli approcci genetici degli oligonucleotidi antisenso è stata testata insieme al trattamento farmacologico per abbassare i livelli di proteina mHTT.

Ravikumar e colleghi hanno dimostrato che l'attivazione dell'autofagia da parte della rapamicina, inibitore di amTOR, ha effetti neuroprotettivi e attenua la tossicità dell'HTT in un modello di mosca di HD [271].

Inoltre, l’inibitore di mTOR, CCI-779, un analogo della rapamicina, ha migliorato i motofenotipi nei topi transgenici HD-N171-N82Q e ha ridotto il carico aggregato di poliQ-HTT inducendo l’attivazione dell’autofagia [262]. Tuttavia, studi più recenti hanno dimostrato che il ripristino dell’attività di mTORC1 ha migliorato i deficit motori e la patologia cerebrale nei topi N171-82Q HD [383].

Inoltre, l'attività di mTORC1 era ridotta nello striato dei pazienti HD e anche nello striato di questo modello murino HD. La rilmenidina, un induttore della macroautofagia mTOR-indipendente, ha diminuito i livelli di frammenti mHTT dannosi e ha migliorato i fenotipi motori nello stesso modello murino HD [384].

Inoltre, i topi transgenici HD R6/2 trattati con trealosio, un disaccaride che ha dimostrato di indurre macroautofagia, hanno presentato una tossicità ridotta, una migliore funzione motoria e una durata di vita prolungata [385].

I fibroblasti di pazienti HD trattati con trealosio hanno mostrato fenotipi neurodegenerativi invertiti indotti dall’inibizione dell’UPS [386]. È stato dimostrato che il litio, che riduce i livelli di IP3, aiuta a eliminare l’mHTT nei modelli HD di drosophila [354]. La berberina, che può indurre l'autofagia tramite l'attivazione dell'AMPK, ha inoltre mostrato efficacia in un modello murino N171-82QHD [387].

La clonidina, un modulatore di cAMP o IP3 per indurre l'autofagia, è un'altra molecola correlata all'autofagia in grado di migliorare i fenotipi nelle cellule di mammiferi, nelle mosche e nei modelli HD di pesce zebra [388].

La calpaina può essere un bersaglio per aumentare il flusso autofagico di mHTT; infatti, l’abbattimento della calpaina ha mostrato un ridotto carico aggregato di mHTT nel modello HD della Drosophila, e risultati simili sono stati osservati nei topi transgenici N171-82Q, che sovraesprimevano la calpastatina (CAST), l’inibitore endogeno della calpaina [389].

Il pramipexolo, un agonista del recettore della dopamina, è stato in grado di attivare l'autofagia probabilmente modulando le vie di segnalazione del cAMP nel modello murino R6/1 HD, riducendo i livelli di mHTT solubile [390].

Inoltre, le cellule STHdhQ111/Q111 [391] e le cellule striatali di topo 109Q/109Q [392] trattate con metformina (un induttore dell'autofagia che attiva l'AMPK, come descritto in precedenza in questa recensione) hanno alleviato la citotossicità associata a mHTT.

La metformina è utilizzata per trattare il diabete di tipo II e i pazienti HD che sono stati monitorati nello studio Enroll-HD (uno studio osservazionale e longitudinale mondiale su pazienti HD) e che stavano già assumendo metformina hanno mostrato un miglioramento della stadiazione cognitiva rispetto ai pazienti senza regime di metformina [393]. L'uso dell'inibitore di Akt 10-[40-(N-dietilammino)butil]-2-clorofenoxazina (10-NCP) ha anche diminuito gli aggregati mHTT nello striato di topo MH e ha ridotto i neuroni striatali morte [394].

Recentemente, Siddiqi e colleghi hanno dimostrato che i topi HDN171–82Q trattati con felodipina, un farmaco antipertensivo, mostravano caratteristiche significativamente migliorate con una farmacocinetica simile alla sua applicazione convenzionale negli esseri umani [395].

L’efficienza di alcune di queste piccole molecole nel colpire gli stessi percorsi in vivo non è stata ancora confermata. Pertanto, l'uso di terapie combinate per alleviare la tossicità associata a mHTT, che simultaneamente sovraregola l'autofagia attraverso entrambi i percorsi mTOR-indipendenti e dipendenti, sembra essere piuttosto allettante.

In effetti, i trattamenti combinati dei modelli HD, come trealosio-rapamicina [396] o litio-rapamicina [354], hanno mostrato effetti positivi. Inoltre, un'altra strategia sta regolando l'attività dell'inizio dell'autofagia attraverso il complesso ULK1.

La sovraespressione di ULK1 WT ha ridotto i livelli di mHTT insolubile nelle linee cellulari, suggerendo che l'attività della chinasi ULK1 è un fattore limitante per la clearance autofagica di mHTT [269].

Pertanto, i cambiamenti nel carico di mHTT dovuti alla modulazione diretta dell'attività di ULK1 rappresentano un'ipotesi interessante che ora è possibile testare con il recente sviluppo di attivatori di ULK1 [326] e inibitori [397]. La riduzione dei livelli di mHTT e della tossicità è stata oggetto di numerosi studi recenti. .

In effetti, l'aumento dell'autofagia selettiva di mHTT potrebbe essere una strategia efficace per l'eliminazione di mHTT, che può essere raggiunta aumentando la consegna del carico di mHTT e identificando composti che trattengono mHTT nel sistema di degradazione dell'autofagia.

Recentemente, Li e colleghi hanno eseguito uno screening imparziale e identificato quattro composti linker mHTT-LC3, in grado di legare mHTT all'autofagosoma per una clearance allele-selettiva di mHTT [398].

Inoltre, Hodges e colleghi hanno scoperto che i livelli della proteina adattatrice OPTN erano significativamente diminuiti nel nucleo caudato dei pazienti con MH, suggerendo che il turnover selettivo delle proteine ​​aggregate potrebbe essere ridotto selettivamente [399]. Pertanto, aumentare il riconoscimento del carico da parte delle proteine ​​adattatrici, possibilmente attraverso modifiche post-traduzionali, potrebbe essere un interessante approccio terapeutico per la MH.

Come spiegato in precedenza, la CMA potrebbe preferenzialmente prendere di mira i frammenti solubili N-terminali di polyQ-HTT. Poiché forme troncate di mHTT, che sono citotossiche, si trovano nel cervello dei pazienti con MH e nei modelli animali MH, la degradazione selettiva di queste forme troncate attraverso la CMA potrebbe rappresentare un'opportunità terapeutica nella MH.

Infatti, lo chaperone citosolico Hsc70 può legarsi e rilasciare direttamente mHTT al lisosoma tramite CMA, portando alla degradazione selettiva di mHTT e a una ridotta tossicità nei topi MH [400] e nei modelli di mosca [401].

Analogamente, l’eliminazione di Hsp70 ha aggravato i sintomi motori nei topi R6/2 HD [402], mentre il fitocomposto azadiradione ha aumentato l’espressione di Hsp70, con conseguente riduzione degli aggregati polyQ e ripristino della morfologia degli ommatidi negli occhi di Drosophila [403]. Inoltre, i topi R6/2 HD che utilizzavano una molecola adattatrice mirata al CMA contro il poliQ-HTT hanno mostrato un fenotipo della malattia migliorato [400].

Poiché si verifica un fallimento nel riconoscimento del carico quando si verifica l'espressione di mHTT, a causa dell'interazione fisica di HTT con le proteine ​​p62 e ULK1, è stato proposto che mHTT possa compromettere la consegna di mitocondri disfunzionali contrassegnati ai formaautofagosomi. La via mitofagica PINK1/Parkin-dipendente è la via mitofagica più ben caratterizzata; tuttavia, può verificarsi anche mitofagia PINK1/Parkin-indipendente [404].

Come descritto in precedenza, l'HTT normale è una proteina importante nel controllo della dinamica dell'autofagosoma, insieme alla proteina 1 associata all'huntingtina (HAP1), attraverso la regolazione della dineina e della chinesina. È interessante notare che il trasporto assonale compromesso e la maturazione degli autofagosomi in presenza di mHTT erano correlati a una degradazione mitocondriale inefficiente [265].

Questi risultati suggeriscono che indurre la degradazione dei mitocondri danneggiati e favorire la biogenesi mitocondriale sono importanti obiettivi terapeutici per il trattamento della MH (Figura 6).

5. Conclusioni

L'accumulo di aggregati proteici intracellulari tossici (ad esempio, oligomeri) è un segno distintivo di diversi disturbi neurodegenerativi, tra cui AD, PD e HD, e si ritiene che svolga un ruolo deleterio nella proteostasi e nella funzione degli organelli.

L’autofagia potrebbe costituire la via principale per l’eliminazione delle proteine ​​soggette ad aggregazione o potrebbe essere indotta come meccanismo di clearance secondario quando altri processi di degradazione delle proteine ​​falliscono durante la progressione della malattia.

Tuttavia, le terapie di riduzione degli aggregati proteici non hanno sempre alleviato i sintomi in diversi modelli di malattia, sottolineando che gli sforzi per terapie selettive basate sull'autofagia si sono concentrati sul ripristino del flusso autofagico, sul miglioramento della funzione lisosomiale e/o sulla selettività nella consegna degli aggregati per la clearance autofagica.

Infatti, negli ultimi anni, è stato osservato un aumento significativo nello sviluppo di farmaci mirati all’autofagia, principalmente dovuto alla migliore conoscenza del meccanismo e della regolazione dell’autofagia in diverse malattie umane. Nonostante tutti i progressi delle strategie terapeutiche, è necessario prestare attenzione quando si analizza l’effetto dei modulatori dell’autofagia nei disturbi neurodegenerativi.

Sebbene l'autofagia sia un meccanismo ben studiato a livello biochimico e cellulare, il suo ruolo esatto nella neurodegenerazione e nella progressione della malattia è lungi dall'essere compreso. In effetti, sono riportate alcune discrepanze tra diversi modelli di malattia e/o diversi stadi della malattia. Nella malattia di Parkinson, ad esempio, si osserva un aumento iniziale del processo autofagico nella fase iniziale, mentre i campioni post mortem puntano nella direzione opposta.

Sebbene ciò possa sembrare contrastante, il fatto che diverse proteine ​​autofagiche spesso colocalizzino all'interno dei depositi aSyn suggerisce che il processo autofagico inizia ad operare in uno stato patologico già stabilito e decade durante la progressione della malattia. A seconda del contesto clinico, l'induzione o la soppressione dell'autofagia potrebbe costituire una possibile via terapeutica.

Un approccio simile può essere applicato alla mitofagia, un importante meccanismo di controllo della qualità per la rimozione dei mitocondri invecchiati e difettosi attraverso l’idrolisi lisosomiale. Considerando che la disfunzione mitocondriale è largamente coinvolta nella disfunzione neuronale, la protezione della funzione mitocondriale migliorando la mitofagia per mantenere una popolazione mitocondriale sana all'interno dei neuroni potrebbe essere una strategia efficace per promuovere la neuroprotezione e modificare la patologia correlata alla malattia (Tabella 1).

Sebbene i meccanismi molecolari e cellulari legati alla mitofagia siano stati ampiamente studiati negli ultimi dieci anni, la mitofagia anomala è stata riconosciuta solo di recente come un attore chiave coinvolto nella neurodegenerazione. Gli studi sullo stato della mitofagia, così come i meccanismi dettagliati, sono importanti per comprendere meglio il suo ruolo nella patogenesi della malattia.

Ad esempio, l’attivazione di Parkin mirata a migliorare la mitofagia potrebbe essere una strategia promettente. Inoltre, gli agenti farmacologici in grado di indurre la mitofagia ad aumentare la rimozione dei mitocondri danneggiati potrebbero essere una strategia efficace per ottenere un beneficio terapeutico significativo. In effetti, anche le strategie per indurre la mitofagia aumentando lo stress bioenergetico lieve o inibendo l’attività di mTOR si sono dimostrate vantaggiose nel ritardare o trattare i disturbi neurodegenerativi.

Ad oggi, ci sono pochissimi studi che mostrano rilevanza clinica quando l’autofagia viene modulata come strategia terapeutica per queste malattie progressive e devastanti. Tuttavia, studi fondamentali e preclinici suggeriscono che i modulatori dell’autofagia costituiscono una strategia terapeutica promettente poiché il meccanismo viene svelato nel contesto delle malattie neurodegenerative.

La mancanza di un biomarcatore correlato all’autofagia che possa essere utilizzato per valutare l’efficienza clinica dell’agente modulante l’autofagia o di un protocollo standard per misurare l’autofagia in vivo, oltre ad altri fattori sconosciuti, ha ritardato il progresso dello sviluppo terapeutico.

Si prevede che i prossimi anni favoriranno la logica per la ricerca, lo screening e la caratterizzazione di nuovi farmaci mirati all’autofagia come strategie terapeutiche nell’AD, PD e HD, poiché si stanno raccogliendo maggiori conoscenze sui meccanismi regolatori e sulla caratterizzazione strutturale dei bersagli chiave che controllano l’autofagia.

La progettazione di modulatori selettivi dell’autofagia o il riutilizzo di farmaci che possano mirare specificamente agli intermedi chiave dell’autofagia massimizzeranno gli effetti terapeutici e minimizzeranno gli effetti collaterali. Nuovi agenti terapeutici e metodologie genetiche mirate all’autofagia diventeranno presto terapie affidabili per le malattie neurodegenerative.

Contributi dell'autore: Scrittura-preparazione bozza originale: JDM, LF, RV; scrittura-revisione e editing: SMC, ACR; supervisione: SMC, ACR; acquisizione finanziamenti: SMC, ACR Tutti gli autori hanno letto e accettato la versione pubblicata del manoscritto.

Finanziamento: questo lavoro è stato finanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR), attraverso il programma operativo regionale Centro 2020: progetto CENTRO-01-0145-FEDER-000012-HealthyAging2020 e attraverso il programma operativo COMPETE 2020-per la competitività e Internazionalizzazione e fondi nazionali portoghesi tramite FCT-Fundação para a Ciência ea Tecnologia, nell'ambito dei progetti POCI-01-0145-FEDER-032316, POCI-01-0145-FEDER-029621, POCI-01-0145- FEDER030712, PTDC/MED-NEU/3644/2020 e UIDB/04539/2020. JDM e LF sono supportati rispettivamente dalle borse di dottorato FCT SFRH/BD/146409/2019 e SFRH/BD/148263/2019.

Dichiarazione del Comitato di Revisione Istituzionale: Non applicabile.

Dichiarazione di consenso informato: non applicabile.

Dichiarazione sulla disponibilità dei dati: non applicabile.

Conflitti di interessi: gli autori non dichiarano interessi finanziari concorrenti o alcun conflitto di interessi.

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