La prima "mappa proteica" dei neuroni che provocano il dolore rivela nuovi bersagli per i farmaci
La proteomica visiva profonda applicata per la prima volta alle cellule nervose
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Una persona su cinque nel mondo soffre di dolore infiammatorio cronico. Nel frattempo, circa due terzi di coloro che ne sono affetti trovano scarso sollievo dai farmaci antidolorifici esistenti; sono urgentemente necessari nuovi approcci terapeutici. "Dobbiamo innanzitutto capire con precisione come le cellule nervose sensoriali scatenano il dolore a livello molecolare - in altre parole, quali proteine sono coinvolte", spiega il professor Gary Lewin, capogruppo del laboratorio Molecular Physiology of Somatosensory Perception presso il Max Delbrück Center di Berlino.
Per svelare questi processi molecolari, Lewin - che studia il dolore da quattro decenni e ha recentemente scoperto un canale ionico precedentemente sconosciuto coinvolto nella percezione del dolore - sta lavorando a stretto contatto con il biologo dei sistemi Fabian Coscia, responsabile del laboratorio di Proteomica spaziale presso lo stesso centro. Coscia ha co-sviluppato un metodo chiamato Deep Visual Proteomics che permette di determinare il proteoma - l'insieme completo delle proteine - di cellule specifiche e di creare mappe che descrivono in dettaglio la posizione spaziale delle singole proteine.
I ricercatori hanno combinato questa tecnologia con i metodi elettrofisiologici del gruppo di Lewin. In questo modo hanno potuto prima identificare sottotipi specifici di neuroni del dolore in base alla loro funzione e poi analizzare i loro profili proteici. Il risultato è una mappa molecolare ad alta risoluzione di queste cellule nervose, pubblicata su "Nature Communications". Il team ha anche dimostrato come la tecnologia possa identificare nuovi potenziali bersagli farmacologici per il trattamento del dolore cronico.
Il dottor Sampurna Chakrabarti è il primo autore dello studio e un ex ricercatore post-dottorato del laboratorio Lewin che ora dirige il gruppo Pathways in Infection and Nociception presso il Centro Helmholtz per la ricerca sulle infezioni di Braunschweig. La nocicezione si riferisce al modo in cui i nostri nervi rispondono agli stimoli che scatenano il dolore. I nervi della pelle e di altri tessuti periferici - come i muscoli e le articolazioni - che rilevano gli stimoli dannosi sono chiamati nocicettori; essi trasmettono i segnali al cervello per provocare il dolore.
Vie di segnalazione sconosciute
I nocicettori non sono tutti uguali. Finora si conosceva solo il trascrittoma, cioè le informazioni a livello di RNA dei diversi sottoinsiemi di nocicettori", spiega Chakrabarti. Tuttavia, i componenti funzionali effettivi di tutte le cellule sono le proteine formate da questi trascritti e noi li abbiamo esaminati per la prima volta in modo più dettagliato in due sottotipi di nocicettori". Utilizzando un metodo elettrofisiologico noto come tecnica patch-clamp, il team ha identificato e caratterizzato due sottotipi di nocicettori - peptidergici e non peptidergici - nei gangli spinali dei topi. Ciascuno di questi sottotipi risponde in modo diverso a stimoli simili e può dare origine a un dolore di qualità e durata diverse.
I ricercatori hanno utilizzato circa 50 neuroni di ciascun sottotipo per generare una mappa proteica specifica per ognuno dei due tipi di cellule. La Deep Visual Proteomics combina la spettrometria di massa con la microscopia, l'intelligenza artificiale e la robotica. Finora Coscia e il suo team hanno utilizzato questa metodologia principalmente per l'analisi del proteoma delle cellule tumorali. Ora abbiamo dimostrato per la prima volta che può essere applicata anche alle cellule nervose", afferma Coscia.
Il team ha misurato più di 6.000 proteine in questi 50 neuroni. Un confronto con i dati esistenti sull'RNA ha rivelato che il trascrittoma e il proteoma delle cellule differiscono in modo significativo in alcuni casi - un'indicazione che i processi funzionali chiave diventano visibili solo a livello proteico. "Forniamo una mappa molecolare unica dei neuroni che provocano il dolore", afferma Coscia. "Permette di identificare le vie di segnalazione in queste cellule che finora sono rimaste nascoste".
In un ulteriore passo, Chakrabarti e i suoi colleghi volevano capire quali proteine sensibilizzano le cellule nervose, contribuendo al dolore cronico. Hanno isolato entrambi i tipi di nocicettori dai gangli delle radici dorsali dei topi e li hanno esposti a una molecola chiamata Nerve Growth Factor (NGF), nota per scatenare il dolore cronico sia negli animali che nell'uomo, come nel caso dell'artrite. Utilizzando la Deep Visual Proteomics, i ricercatori sono riusciti a identificare con precisione le proteine prodotte dopo l'esposizione delle cellule al NGF.
Ridotta sensibilità ai segnali del dolore
Lewin e il suo team avevano già scoperto che l'NGF svolge un ruolo importante nel dolore infiammatorio cronico più di 30 anni fa. "Nei cani e nei gatti, il dolore può ora essere alleviato in modo molto efficace utilizzando anticorpi che inibiscono l'NGF", afferma Lewin. Nell'uomo, purtroppo, rari effetti collaterali ne hanno impedito l'uso", aggiunge. Ma ora potremmo aver trovato un approccio alternativo: puntare su una proteina a valle responsabile dell'effetto sensibilizzante dell'NGF".
"Abbiamo identificato diverse proteine che erano presenti in livelli più elevati in un sottogruppo di nocicettori dopo il trattamento con NGF. I livelli più elevati di queste proteine potrebbero essere collegati al dolore a lungo termine associato all'infiammazione", spiega Chakrabarti. Una delle proteine, un enzima chiamato B3GNT2, si è distinta in particolare. Quando abbiamo eliminato il gene corrispondente nelle cellule, l'iperattività dei nocicettori indotta dall'infiammazione si è ridotta. Meno cellule hanno risposto allo stimolo meccanico", spiega l'esperta. In altre parole, i neuroni erano diventati meno sensibili e provocavano molto meno dolore.
In futuro, i ricercatori intendono convalidare le loro scoperte nei topi e negli esseri umani. Più del 90% di tutti i farmaci approvati hanno come bersaglio le proteine", afferma Coscia. "Questo evidenzia quanto sia importante sviluppare una migliore comprensione di queste molecole, al fine di identificare nuovi bersagli per terapie del dolore più efficaci e trattamenti per altre malattie neurologiche".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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