Si è dimostrato che l'iperespressione di HSP70 indotta attraverso vettori virali o metodi di manipolazione genetica, può proteggere in vivo cellule neuronali successivamente sottoposte a danno ischemico. HSP70 interviene in questo processo protettivo attraverso le sue funzioni note, ovvero ripristinando la conformazione di proteine già denaturate oppure prevenendone la denaturazione o l'aggregazione ed infine attraverso un meccanismo anti-apoptotico diretto. L'espressione di HSP70 riduce l'aggregazione proteica indotta dall'ischemia nelle cellule CA1 ippocampali murine e conseguentemente la morte cellulare. In vitro inoltre, l'espressione della co-chaperonina Hdj-2 è stata associata alla protezione da danno ischemico e alla riduzione dell'aggregazione proteica. Alcuni lavori hanno mostrato che l'induzione di HSP70 con la geldanamicina o attraverso l'espressione retrovirale ha come risultato la protezione degli astrociti in coltura dal danno ischemico; è da segnalare come la protezione offerta dall'espressione mediata dalla trasfezione virale sia più efficace rispetto a quella offerta dalla geldanamicina. Questo fenomeno può essere spiegato col fatto che la geldanamicina è nota per legare la porzione amino-terminale del sito di legame dell'ATP di HSP90, interferendo con la sua funzione e attivanto l'heat shock factor 1 che funge da segnale per l'induzione di HSP70 e HSP25. Il dominio J di Hdj-2 è la regione della proteina responsabile di mediare il legame tra Hdj2 e HSp70: hdj-2 favorisce l'attività ATPasica di HSP70 probabilmente esaltando la funzione "chaperone" di HSP70. E' importante sottolineare come Hdj-2 sia sempre in grado di sopprimere l'aggregazione anche qualora il domino J sia deleto: questa evidenza suggerisce come il meccanismo soppressivo sia indipendente dall'interazione con HSP70.
Alcuni autori hanno proposto che Hdj-2 autonomamente sia in grado di legare le proteine denaturate, sopprimere l'aggregazione proteica e facilitare l'arrivo di polipeptidi "sciolti" agli effettori della proteolisi all'interno della cellula.
In particolare la funzione di Hdj-2 nel tessuto cerebrale sarebbe uno dei fattori che contribuiscono all'elevata resistenza che le cellule del tessuto nervoso offrono rispetto a noxae di varia natura.
Studi effettuati sull'espressione di HSP70 e Hdj-2 in astrociti in coltura hanno evidenziato come i livelli di HSP70 non aumentino parallelamente a quelli di Hdj-2 suggerendo il ruolo predominante di Hdj-2 come meccanismo protettivo diretto. Risulta a questo punto difficile discernere quanta parte di meccanismo protettivo sia a carico dell'una o dell'altra componente: un approccio interessante potrebbe essere quello di utilizzare dei modelli KO per Hdj-2 per identificare i domini strettamente necessari a attuare i meccanismi di protezione dal danno ischemico.
Altri dati hanno evidenziato che l'overespressione di HSP70 risulta protettiva per gli astrociti rispetto alla privazione di glucosio, alla privazione combinata di glucosio e ossigeno ed alla esposizione all'azione lesiva del radicale idrossilico. Particolarmente significativa è stata l'osservazione che l'iperespressione di HSP70 è risultata protettiva sui neuroni in coltura e che l'iperespressione di HSP70 negli astrociti è risultata protettiva nei confronti di neuroni wild-type in co-coltura. Questi modelli sperimentali mimano alcuni aspetti delle alterazioni coinvolte nel danno da stroke e possono suggerire alcuni aspetti dei meccanismi attraverso i quali HSP70 attua la funzione protettiva. Gli astrociti protetti dall'espressione di HSP70 presentano livelli molto elevati di glutatione rispetto ai controlli soggetti allo stesso stress. La capacità di ristabilire la struttura proteica e di prevenire l'aggregazione permette alle cellule di conservare il glutatione e forse l'ATP. I neuroni che iperesprimono HSP70 iperesprimono anche la proteina anti-apoptotica bcl2 sia in vivo sia in vitro. Non è banale domandarsi come gli astrociti che iperesprimono HSp70 possano contribuire alla protezione di neuroni wild-type in co-coltura durante e dopo l'evento ischemico: due meccanismi che sono stati proposti indicavano un miglior supporto di antiossidazione ai neuroni oppure la provvista diretta di HSP70 dagli astrociti ai neuroni.
Studi recenti hanno permesso di definire i meccanismi attraverso i quali HSp70 inibisce la trasduzione del segnale pro-apoptotico: in particolare HSp70 può bloccare l'apoptosi sia in fase precoce sia in fase tardiva (ricordiamo che nel periodo post-ischemico una quota di morte cellulare di neuroni e astrociti è dovuta a fenomeni di tipo apoptotico).
La prospettiva di effettuare un'analisi funzionale dei vari domini di HSp70 nel cervello soggetto a danno ischemico permetterebbe di comprendere come HSP70 modula il segnale apoptotico in questa situazione e aprirebbe la strada ad un nuovo punto di vista di approccio terapeutico. Siccome HSp70 può bloccare sia l'apoptosi sia la necrosi è interessante immaginarla come bersaglio per una terapia anti-ischemica.
L'idea di domani è di sfruttare mutanti di HSp70 per definire quali sono i domini e le attività proteici necessari ad inibire l'apoptosi nelle cellule nervose sottoposte a stress ischemico e riperfusivo. Le molecole "chaperone" e i loro cofattori sono candidati interessanti per i meccanismi di protezione nervosa dal danno IR, vista la loro capacità di inibire la morte cellulare attraverso molteplici percorsi.
Una volta identificati i meccanismi più importanti attraverso i quali le chaperonine bloccano le alterazioni sarà possibile giungere a sviluppare nuovi approcci per ridurre il danno conseguente alla neurodegenerazione cronica e acuta. Quella di intervenire sulla riduzione dell'aggregazione proteica è solo una delle tante strade percorribili
Attraverso lo studio delle struttura e delle funzioni delle chaperonine sarà possibile identificare quali attività e quali interazioni proteina-proteina siano più rilevanti rispetto alle differenti modalità di danno e quali siano maggiormente dedicate ai meccanismi di protezione.
References
1) Plumier and Currie: Heat shock-induced myocardial protection against ischemic injury: a role for Hsp70? Cell Stress & Chaperones (1996) 1 (1), 13-17
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