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Il coinvolgimento dello zinco nel corretto funzionamento dell’organismo è noto da decenni, ed integratori ed alimenti fortificati con zinco sono ormai di uso comune, raccomandati in particolare per i soggetti a rischio di carenze quali gestanti, nutrici, soggetti vegetariani e vegani. Le principali conseguenze di una deficienza di zinco si ripercuotono sulla salute del sistema nervoso centrale. La carenza di questo metallo è associata a ritardo mentale, se si è verificata durante lo sviluppo cerebrale; a patologie neurodegenerative quali Alzheimer, Parkinson e patologie neurologiche quali la depressione, negli individui adulti. Chiaramente, l’interesse scientifico per questo metallo è sempre attuale, e si è negli ultimi anni concentrato sui meccanismi con cui lo zinco agisce a livello centrale per regolare i processi di plasticità sinaptica, differenziamento cellulare e mantenimento dei processi cognitivi. Tra questi, spicca la liberazione di alte concentrazioni di zinco a livello delle sinapsi glutamatergiche dove, entrando nelle cellule post-sinaptiche attraverso i canali per il calcio voltaggio-dipendenti, è responsabile della transattivazione del recettore TrkB. TrkB è un recettore di membrana della famiglia dei tirosin-chinasici, caratterizzati dall’intrinseca capacità di autofosforilarsi a seguito del legame del suo ligando, il BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor), che così agisce da principale fattore neurotrofico cerebrale.
Capire se l’attivazione di TrkB mediata da BDNF e la sua transattivazione mediata dallo zinco sono eventi indipendenti, o se esiste un loop di regolazione che li mette in comunicazione, è un aspetto totalmente inesplorato ed è stato il primo obiettivo del presente lavoro di tesi. Studi preliminari hanno dimostrato la capacità del BDNF purificato di formare un complesso con un atomo di zinco. Mettendo a punto un sistema di analisi dei livelli di fosforilazione di TrkB indotta da BDNF, zinco e complesso BDNF-zinco, abbiamo visto che quest’ultimo sembra portare ad una diminuzione dell’attivazione di TrkB rispetto a quella prodotta singolarmente dalle due specie. Inoltre, lo zinco si è rivelato in grado di diminuire l’effetto del BDNF nell’indurre il differenziamento nella linea cellulare SHSY5Y, valutato tramite la quantificazione mediante Real-Time PCR dell’espressione di specifici marker.
In parallelo, è stata valutata la potenziale attività neurotrofica di piccoli peptido-mimetici del BDNF, aventi una sequenza corrispondente ai primi 12 amminoacidi della sua sequenza. Sorprendentemente, tra i peptidi analizzati, il peptide dimerico, corrispondente ad una doppia sequenza legata da un ponte disolfuro tra due cisteine, è risultato efficace nel promuovere la fosforilazione del recettore TrkB. Inoltre, tramite analisi morfometrica è stata valutata la capacità di tale peptide di promuovere il differenziamento neuronale, quantificando la percentuale di cellule differenziate e la lunghezza dei neuriti emessi. In questo caso, l’aggiunta di zinco ha prodotto una drastica riduzione dell’attivazione del TrkB, probabilmente legato alle piccole dimensioni del peptide in cui la complessazione con il metallo può indurre un notevole cambiamento conformazionale.
In conclusione, i risultati ottenuti aggiungono nuove conoscenze rispetto a quelle già note dell’interazione funzionale tra lo zinco e il BDNF, aprendo la strada ad un miglioramento delle comprensione del ruolo giocato dallo zinco nella regolazione di fondamentali processi del sistema nervoso centrale quali il differenziamento neuronale. Inoltre, la promettente attività del peptide dimerico apre la strada allo sviluppo di nuovi potenziali agenti terapeutici per varie patologie tra cui le malattie neurodegenerative.