EMPA e Università di Limerick hanno svelato che la proteina α-sinucleina assume forme insolite a contatto con alte quantità di ioni di Cu

Il morbo di Parkinson continua a essere una delle grandi sfide aperte della neurologia contemporanea. Le sue cause esatte non sono ancora pienamente chiarite, ma da tempo la ricerca guarda con attenzione ai processi di alterazione e aggregazione proteica che precedono la comparsa dei sintomi motori più evidenti. In questo quadro si colloca il lavoro congiunto dei ricercatori dell’EMPA, l’Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt svizzera, e dell’Università di Limerick, che ha permesso di osservare con precisione nanometrica come la proteina α-sinucleina cambi comportamento quando viene esposta a concentrazioni elevate di ioni di rame.

Il risultato non autorizza conclusioni semplicistiche né consente di affermare che il rame sia da solo la causa del Parkinson. Tuttavia, aggiunge un tassello importante alla comprensione dei meccanismi molecolari della malattia. In particolare, mostra come l’interazione tra biometalli e proteine cerebrali possa incidere sulle prime fasi del processo patologico, aprendo prospettive sia sul versante diagnostico sia su quello terapeutico.

In Svizzera creata una batteria di carta con interruttore ad acqua

Biometalli, proteine e processi neurodegenerativi

Ciò che la medicina sa con maggiore certezza sul Parkinson è che, nel corso della malattia, i neuroni che producono dopamina vanno incontro a degenerazione. La riduzione di questo neurotrasmettitore altera progressivamente il controllo del movimento e conduce a manifestazioni note come tremori, rigidità muscolare, lentezza nei movimenti e, negli stadi più avanzati, difficoltà marcate nell’autonomia motoria. Dopo l’Alzheimer, il Parkinson è considerato la seconda malattia neurodegenerativa più diffusa al mondo.

Accanto ai fattori genetici, la letteratura scientifica prende in considerazione da anni anche fattori ambientali, tra cui l’esposizione a pesticidi e metalli. È proprio qui che si inserisce l’ipotesi esplorata dal gruppo guidato da Peter Nirmalraj, ricercatore dell’EMPA nel laboratorio Transport at Nanoscale Interfaces. L’attenzione del team si concentra sull’α-sinucleina, una proteina endogena coinvolta in diversi processi cellulari e da tempo associata allo sviluppo del Parkinson. Quando questa proteina perde la sua conformazione fisiologica e si aggrega, può contribuire alla morte delle cellule nervose.

Così i “rail pads” EMPA riducono il rumore lungo le ferrovie

Imaging, spettroscopia e simulazioni per osservare l’invisibile

Per capire se e in che modo il rame possa interferire con queste dinamiche, i ricercatori hanno adottato un approccio multidisciplinare. Da un lato hanno utilizzato tecniche di imaging avanzato e spettroscopia chimica; dall’altro, in collaborazione con il gruppo di Damien Thompson all’Università di Limerick, hanno impiegato simulazioni di dinamica molecolare al computer per ricostruire l’interazione tra gli ioni di rame e l’α-sinucleina in intervalli temporali estremamente ridotti, compresi fra 10 e 100 nanosecondi.

Un contributo decisivo è arrivato anche da Silvia Campioni, ricercatrice del laboratorio Cellulose & Wood Materials dell’EMPA, che ha prodotto artificialmente la proteina per osservarne l’evoluzione in ambiente controllato. Grazie alla microscopia a forza atomica, il gruppo ha potuto seguire il passaggio dell’α-sinucleina da proteina solubile a struttura filamentosa insolubile, fino alla formazione di una fitta rete di fibrille. In laboratorio, questo processo è stato monitorato per dieci giorni, con un livello di dettaglio che ha consentito di documentare la trasformazione molecolare con notevole precisione.

A Dübendorf un edificio per la ricerca a prova di imprevisti

Quando il rame accelera e deforma l’aggregazione proteica

Il dato più interessante emerge quando nella soluzione proteica vengono introdotti ioni di rame. In assenza del metallo, l’α-sinucleina tende a organizzarsi in fibrille lunghe da alcune centinaia di nanometri fino a circa un micrometro, strutture compatibili con quanto osservato nella progressione della malattia. In presenza di rame, invece, il comportamento cambia in modo marcato: nel giro di poche ore compaiono oligomeri ad anello di circa 7 nanometri, strutture molto più piccole ma considerate particolarmente rilevanti sul piano patologico.

Non si tratta soltanto di una variante morfologica. Gli oligomeri ad anello sono già noti in letteratura per il loro effetto dannoso sulle cellule, e la loro comparsa così precoce suggerisce che possano rappresentare una fase iniziale cruciale del processo neurodegenerativo. Inoltre, nella soluzione contenente rame, anche le strutture più lunghe e simili a fibre tendono a comparire prima rispetto a quanto osservato nei campioni privi del metallo.

“Da un lato, dosi elevate di rame sembrano accelerare il processo di aggregazione”

La considerazione di Peter Nirmalraj sintetizza bene il cuore della scoperta. Il punto, però, è ancora più sottile: il rame non sembra limitarsi ad accelerare un processo già noto, ma favorisce la comparsa di una forma proteica insolita, ad anello, che potrebbe coincidere con una fase molto precoce della cascata patologica o addirittura con uno dei suoi possibili inneschi molecolari.

Fibra elettronica estensibile: la svolta EPFL per tessuti intelligenti

Dalla comprensione del meccanismo alla diagnosi precoce

Le implicazioni della ricerca sono significative soprattutto in due direzioni. La prima riguarda la terapia. Se gli oligomeri ad anello rappresentano davvero una delle prime forme tossiche assunte dall’α-sinucleina, allora potrebbero diventare un bersaglio specifico per nuove strategie farmacologiche mirate a interrompere o rallentare la sequenza di eventi che porta al danno neuronale. La seconda direzione è quella della diagnosi precoce, da anni considerata uno dei principali obiettivi della ricerca sul Parkinson.

Poiché questi anelli proteici compaiono all’inizio della trasformazione della proteina, potrebbero infatti fungere da biomarcatori rilevabili nei fluidi corporei. Gli autori dello studio ipotizzano, per esempio, lo sviluppo di test in grado di individuare segnali della malattia in campioni di liquido spinale prima che i sintomi clinici diventino pienamente manifesti. Al momento non si tratta ancora di uno strumento pronto per l’uso clinico, ma di una pista di lavoro che merita attenzione per la sua potenziale ricaduta sulla medicina predittiva.

In questo senso, il valore dell’indagine non consiste solo nell’avere documentato un nuovo comportamento dell’α-sinucleina, ma nell’avere mostrato come la combinazione di microscopia, spettroscopia e simulazione molecolare possa rendere visibili passaggi biologici che fino a poco tempo fa restavano in larga parte ipotetici. È una conferma del fatto che l’innovazione nelle neuroscienze passa sempre più spesso dall’incontro tra biologia, scienza dei materiali, chimica computazionale e strumenti di osservazione su scala estrema.

Con l’Aerogel in Svizzera si costruiscono edifici più grandi

Un indizio in più, non ancora una risposta definitiva

Come spesso accade nella ricerca di frontiera, anche questo studio non chiude il dibattito: lo rende più preciso. Non dimostra che l’esposizione al rame spieghi da sola l’origine del Parkinson, ma suggerisce che il metallo possa influire su un passaggio molecolare delicato, favorendo la formazione di strutture proteiche potenzialmente tossiche. È un’indicazione importante, perché sposta l’attenzione dal semplice accumulo di fibrille alla fase iniziale in cui la proteina cambia configurazione e potrebbe diventare biologicamente più pericolosa.

Per la ricerca neurodegenerativa è un avanzamento concreto. Per la medicina, una possibile direzione. Per chi lavora sulla diagnosi precoce, infine, è la conferma che comprendere la forma assunta da una proteina in un preciso ambiente chimico può fare la differenza tra osservare gli effetti della malattia e iniziare, un giorno, a intercettarla prima.

Innovativa terapia dell’ictus grazie alla medicina svizzera