È stata svelata la struttura delle fibre di amiloide cardiaca grazie all’analisi ad alta risoluzione in crio-microscopia. La ricerca che ha portato a questa scoperta è stata pubblicata su Nature Communication.

A) Alla crio-microcopia elettronica, ciascuna fibrilla (rettangolo rosso tratteggiato) appare come una struttura elicoidale allungata; B) a 4 Å di risoluzione la struttura ripetitiva della fibrilla appare evidente e permette di interpretare ciascun componente con un modello molecolare della catena leggera immunoglobulinica analizzata (in colore)

Lo studio rivela la struttura molecolare delle fibrille amiloidi cardiache e illumina i meccanismi delle amiloidosi.

L’analisi ad alta risoluzione è stata condotta nel Laboratorio di Crio-microscopia elettronica del Centro di Ricerca Pediatrica Romeo ed Enrica Invernizzi presso il Dipartimento di Bioscienze dell’Università degli Studi di Milano, dove dal 2017 è installato un Talos Arctica 200 kV FEG, dotato di direct electron detector Falcon 3EC (ThermoFisher Scientific – FEI). Questa tecnologia sta fornendo risultati senza precedenti nella comprensione della struttura di molecole complesse la cui rilevanza è testimoniata dal Premio Nobel per la Chimica conferito nel 2017.

La ricerca è stata realizzata grazie alla collaborazione di ricercatori del Centro per l’Amiloidosi della Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo e Dipartimento di Medicina Molecolare dell’Università di Pavia guidati da Francesca Lavatelli, Giovanni Palladini e Giampaolo Merlini e i ricercatori del Dipartimento di Bioscienze, Università Statale di Milano guidati da Stefano Ricagno, Carlo Camilloni e Martino Bolognesi.

Questa scoperta fornisce le basi per futuri avanzamenti terapeutici.

Le amiloidosi, infatti, sono malattie gravi che necessitano proprio di approcci terapeutici innovativi. Sono causate da proteine con conformazione anomala che aggregano in fibrille. Tali fibrille si depositano in organi vitali danneggiandone la funzione e sono alla base di numerose patologie, come le malattie di Alzheimer e di Parkinson e le amiloidosi cardiache. Nelle amiloidosi cardiache, le catene leggere degli anticorpi, prodotte da una popolazione neoplastica di cellule del midollo osseo, formano depositi di amiloide nel cuore danneggiandone rapidamente la funzione.

La ricerca sulle amiloidi

Lo studio descrive per la prima volta il dettaglio dell’organizzazione tridimensionale delle fibrille amiloidi cardiache. Ciascuna fibrilla in vivo si estende, con struttura elicoidale e regolare, per qualche decimillesimo di millimetro; il dettaglio molecolare che si riesce a raggiungere con il crio-microscopio permette di distinguere gli amminoacidi componenti la proteina fibrillare, raggiungendo quindi una risoluzione prossima al decimilionesimo di millimetro.

Nel caso esaminato, la struttura portante della fibrilla è costituita da una sola porzione della catena leggera e coinvolge migliaia di copie della stessa che, ripetendosi in maniera ordinata, formano una lunga struttura elicoidale.

La conoscenza della struttura fibrillare suggerisce attraverso quali meccanismi molecolari si formano i depositi patologici.

In prospettiva, la comprensione dei meccanismi di formazione delle fibrille potrà guidare lo sviluppo di nuovi farmaci che prevengano l’aggregazione amiloide.

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