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Tesi etd-05282013-131418


Thesis type
Tesi di laurea specialistica LC5
Author
NICOLARDI, MARIA ASSUNTA
URN
etd-05282013-131418
Title
Turnover del colesterolo in malattie neurodegenerative.
Struttura
FARMACIA
Corso di studi
CHIMICA E TECNOLOGIA FARMACEUTICHE
Commissione
relatore Prof.ssa Trincavelli, Maria Letizia
Parole chiave
  • biomarker
  • malattie neurodegerative
  • colesterolo
Data inizio appello
12/06/2013;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
12/06/2053
Riassunto analitico
Nell’ultimo decennio è stato dimostrato che l’alterazione dell’omeostasi del colesterolo a livello cerebrale è implicata nella fisiopatologia di numerose malattie croniche neurodegenerative, quali ad esempio la Malattia di Alzheimer (AD), la Còrea di Huntington (HD), il Morbo di Parkinson (PD), la Malattia di Niemann-Pick di tipo C (NPC), la Sindrome di Smith-Lemli-Opitz (SLOS) e la Sclerosi Multipla (MS). Mentre nella maggior parte dei casi non è stato ancora stabilito un nesso causale specifico e chiaro, per alcune di queste malattie, come NPC e SLOS è stata dimostrata una correlazione diretta tra il metabolismo del colesterolo e la neurodegenerazione; infatti è ormai certo che queste ultime sono causate da mutazioni di geni specifici coinvolti rispettivamente nella biosintesi o nel traffico intracellulare del colesterolo.<br>Il colesterolo cerebrale è un componente essenziale delle membrane cellulari ed è coinvolto in numerose funzioni biologiche, quali il traffico di membrana, la trasduzione del segnale, la formazione di mielina e la sinaptogenesi. Sulla base di queste attività diffuse e della consapevolezza che tutto il colesterolo cerebrale deriva dalla sintesi locale ex novo, data l’impermeabilità della barriera emato-encefalica (BBB, Blood-Brain Barrier) che ne impedisce la sua captazione, non è sorprendente il fatto che le disfunzioni riguardanti la sintesi, l’immagazzinamento, il trasporto e la rimozione del colesterolo possano influire sulla genesi delle suddette malattie cerebrali. Per questo motivo i meccanismi a sostegno di una ipotetica associazione tra i livelli di colesterolo, dei suoi precursori e dei suoi metaboliti sono attivamente indagati non solo in modelli animali, ma attualmente sono in corso anche numerosi trial clinici sull’uomo, designati per studiare il potenziale impatto che questo sterolo comporta nella patogenesi e nell’evoluzione clinica di una malattia a livello cerebrale. <br>Quindi lo scopo della mia tesi è stato proprio quello di analizzare e verificare l’esistenza di un meccanismo molecolare comune che collega il fenotipo neurodegenerativo all’alterato metabolismo del colesterolo nel cervello. La maggior parte del colesterolo presente nel sistema nervoso centrale (SNC) è distribuito in due pool: uno rappresentato dalle guaine mieliniche prodotte dagli oligodendrociti, che corrisponde a circa il 70% del totale; l’altro dalle membrane plasmatiche degli astrociti (20%) e dei neuroni (10%). I neuroni sono in grado di sintetizzare il colesterolo durante l’embriogenesi e durante lo sviluppo, ma questa attività di sintesi declina ad un livello estremamente basso nel cervello adulto; gli astrociti, invece, sintetizzano il colesterolo ad una velocità circa 2-3 volte maggiore rispetto i neuroni. E’ stato constatato che durante lo sviluppo post-natale i neuroni down-regolano la loro sintesi di colesterolo contando sul rifornimento continuo da parte delle lipoproteine contenenti ApoE (Apolipoproteine E) secrete dagli astrociti. Poiché la velocità di sintesi del colesterolo nel cervello adulto è molto bassa, al fine di mantenere l’omeostasi, il colesterolo in eccesso viene convertito da una specifica idrossilasi in metaboliti più polari e con caratteristiche chimico-fisiche tali da poter essere in grado di attraversare la BBB e di entrare nella circolazione periferica per poi essere eliminati, la maggior parte, mediante escrezione biliare. <br>Dopo aver verificato che l’omeostasi del colesterolo nel cervello è mantenuta attraverso una serie di processi strettamente interdipendenti, ho focalizzato la mia attenzione sugli anormali livelli non solo del colesterolo, ma anche dei suoi principali derivati ossigenati, gli ossisteroli, sia nel plasma che nel fluido cerebrospinale (CSF), di soggetti affetti da patologie neurodegenerative. Gli ossisteroli sono composti naturali provenienti dalla scissione e dalla ossidazione enzimatica della catena laterale del colesterolo; esistono diversi tipi di ossisteroli, quali ad esempio il 24(S)-idrossicolesterolo (24S-OH), il 25-idrossicolesterolo (25-OH) e il 27-idrossicolesterolo (27-OH). Le reazioni primarie di ossidazione si possono verificare mediante l’azione di diverse specie enzimatiche appartenenti alla famiglia del citocromo P450, oppure anche per via non enzimatica attraverso le specie reattive dell’ossigeno (ROS). E’ stato dimostrato che l’introduzione del gruppo ossidrilico sulla catena laterale del colesterolo riarrangia l’ordine delle catene aciliche dei fosfolipidi di membrana rendendo il passaggio, attraverso i foglietti delle membrane stesse, più favorevole ed energeticamente meno dispendioso, rispetto al trasferimento del colesterolo verso un accettore, come ad esempio una lipoproteina. Quindi l’ossidazione della catena laterale contribuisce a realizzare il passaggio del colesterolo in eccesso attraverso la BBB al fine di mantenere la sua omeostasi; in particolare poiché dalle indagini svolte è emerso che il cervello è la principale fonte di 24-OH circolante, è stato suggerito il suo utilizzo come biomarker del metabolismo del colesterolo cerebrale. Inoltre dato che l’mRNA dell’enzima colesterolo 24-idrossilasi risulta particolarmente espresso nei neuroni associati alle zone ricche di sostanza grigia, i livelli plasmatici di 24-OH sembrano riflettere il numero di neuroni metabolicamente attivi nel cervello e quindi il volume delle strutture della sostanza grigia stessa. A sostegno di questa tesi è stato dimostrato che nelle malattie neurodegenerative come MS, AD e HD, il 24S-OH diminuisce proporzionalmente al grado di atrofia cerebrale misurata tramite MRI (Magnetic Resonance Imaging) e questo potrebbe fornire altre informazioni utili sulla progressione di una malattia a livello del SNC. <br>Anche se meno dell’1% dell’escrezione totale del 24-OH avviene attraverso il CSF, questa piccola frazione è considerata di notevole importanza in quanti permette di valutare il danno neuronale e la velocità di perdita neuronale, piuttosto che il numero totale di neuroni metabolicamente attivi. E’ emerso che la concentrazione di 24S-OH nel CSF, aumenta sia in HD che in AD, e in quest’ultima si correla con i livelli di colesterolo, ApoE e Tau presenti anch’essi nel liquor. Anche il 27-OH potrebbe essere rilevato nel CSF e suoi livelli sono correlati con la funzionalità della BBB. Il 27-OH è prodotto al di fuori del SNC, dalle cellule di altri tessuti e/o organi. Poiché è stato osservato che i livelli di questo ossisterolo dipendono principalmente dall&#39;integrità e dalla funzionalità della BBB, un danno di questa barriera si concretizza in un flusso maggiore di 27-OH dalla circolazione al cervello. Quindi da ciò si può dedurre che probabilmente, nelle malattie del SNC, gli ossisteroli tendono ad aumentare proporzionalmente al grado di neurodegenerazione e/o al grado della disfunzione della barriera emato-encefalica. Quando uno dei due processi è prevalente, l’ossisterolo corrispondente sembra essere il più aumentato, ossia nel primo caso prevarrà il 24S-OH, mentre nel secondo il 27-OH. Quando entrambi i processi sono coinvolti, ci sarà un incremento concomitante dei due ossisteroli. Poiché i livelli anormali degli ossisteroli sono stati collegati a molte delle malattie neurodegenerative accennate in precedenza, questa considerazione-valutazione ha permesso di identificare che la presenza eccessiva di questi steroli nel plasma e/o nel CSF potrebbe fornire degli utili biomarker diagnostici per la valutazione della progressione delle malattie neurodegerative legate alla disregolazione del turnover cerebrale del colesterolo. <br>Tuttavia, non soltanto i neuroni, ma anche le cellule gliali sono un bersaglio per le azioni degli ossisteroli. In seguito ad una lesione cerebrale essi possono esercitare una duplice azione sugli oligodendrociti; è stato dimostrato che il 25-OH può causare da un lato l&#39;apoptosi degli oligodendrociti, ma dall’altro stimolare l’espressione della fosfolipasi A2 secretoria di tipo IIA, sPLA2-IIA, che ha un effetto protettivo sull’apoptosi stessa. <br>Alla luce degli studi presi in rassegna possiamo certamente affermare che il colesterolo è un costituente fondamentale per la funzione cerebrale e che le alterazioni nella biosintesi, l’immagazzinamento e il catabolismo possono facilmente portare a malattie cerebrali, influendo gravemente sulla funzione neuronale. Quindi, un approccio molto interessante è quello di misurare il colesterolo e soprattutto i suoi metaboliti nel liquor e nel plasma di pazienti affetti da malattie neurodegenerative; tanto che ad oggi la valutazione della presenza degli ossisteroli sia nel plasma che nel fluido cerebrospinale sembra essere ancora l’unico mezzo diagnostico per la valutazione della patogenesi e quindi progressione di una malattia neurodegenerativa. Si auspica che ulteriori studi sul ruolo del turnover del colesterolo nella neurodegenerazione portino a nuovi approcci futuri per il trattamento mirato di queste malattie.
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