L'imaging avanzato svela le differenze tra astrociti sani e malati: così potremo predire le malattie neurologiche
Una tecnica innovativa messa a punto da un team di ricerca del Cnr-Isof in collaborazione con la Boston University, il Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e Ambiente dell’Università di Bari e il dipartimento FaBit dell’Università di Bologna, ha rivelato differenze cruciali nelle strutture proteiche degli astrociti, cellule cerebrali vitali per la salute del cervello: è stata così individuata una ‘firma proteica’ dalla quale trarre informazioni sullo stato di buona salute di tali cellule rispetto a cellule malate.
Lo spiega un articolo pubblicato su Advanced Science Uno studio pionieristico Italia-Usa ha rivelato differenze molecolari e funzionali cruciali nelle strutture proteiche degli astrociti, cellule cerebrali a forma di stella, vitali per la salute del cervello.
La ricerca, per l’Università di Bari Aldo Moro, è stata coordinata dalla responsabile scientifica prof.ssa Grazia Paola Nicchia. Hanno contribuito la dott.ssa Barbara Barile, ricercatrice RTDa UniBA, e la dott.ssa Chiara Lazzarini, dottoranda UniBA e co-prima autrice del lavoro.
Sfruttando la tecnica della microscopia fototermica multispettrale a infrarossi a risoluzione temporale avanzata, il team ha identificato le caratteristiche chimiche, strutturali e funzionali delle proteine degli astrociti: una “firma proteica” che rappresenta un indicatore del differenziamento degli astrociti e del loro stato di buona salute, e fornisce informazioni preziose per la comprensione di alcune malattie neurologiche.
Lo studio ha preso in esame, in particolare, la morfologia dei “microdomini”, minuscole estensioni cellulari (a livello micrometrico) attraverso cui gli astrociti svolgono la loro funzione di mantenimento dell’equilibri tra biomolecole, ioni e acqua all’interno del cervello, comunicando con neuroni e vasi.
La disfunzione e l’alterazione della morfologia e della chimica strutturale di questi microdomini è collegata a varie malattie croniche come l'Alzheimer e il glioma, ma i metodi attuali spesso non riescono ad analizzarla senza perturbare il loro stato fisiologico naturale.
Lo studio colma questa lacuna offrendo un metodo unico per caratterizzare i microdomini astrocitari, trovando “firme proteiche” distinte negli astrociti differenziati rispetto a quelli non differenziati.
«Questo lavoro mostra che i microdomini degli astrociti maturi presentano un’organizzazione molecolare precisa, strettamente legata al controllo del passaggio di acqua e ioni», commenta Grazia Paola Nicchia. «Nel nostro laboratorio studiamo da anni la fisiologia degli astrociti e in particolare il ruolo dell’Aquaporina-4, il principale canale dell’acqua del cervello, nella regolazione del volume cellulare e dell’omeostasi idrica. La possibilità di caratterizzare in modo non invasivo l’assetto strutturale dei microdomini in cui questi canali si organizzano apre nuove prospettive per comprendere come tali meccanismi vengano alterati nelle malattie neurologiche».
“I nostri risultati evidenziano un legame diretto tra la struttura proteica secondaria degli astrociti differenziati e le dinamiche di diffusione attraverso cui gli astrociti regolano l’equilibrio di acqua e ioni nel cervello” aggiunge Chiara Lazzarini, co-prima autrice del lavoro. "Avere informazioni sull'architettura molecolare, la struttura chimica e la correlazione con la funzione dei microdomini degli astrociti attraverso un approccio senza marcatura (ovvero senza alterare il campione) rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione degli astrociti e più in generale della glia, in stati di salute o di malattie come il glioma o l’Alzheimer, o del neurosviluppo, caratterizzati da alterazioni di morfologia o di processi di diffusione come il volume cellulare”- aggiunge Lazzarini.
Il lavoro, è stato finanziato dall'Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), Biophysics Program (ASTROLIGHT and ASTROTALK), della National Science Foundation (NSF) e del Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR) tramite il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR-Ecosister) e NEXTGENERATIONEU (NGEU) PRIN-PNRR. Lo studio rientra nelle attività strategiche del gruppo di lavoro “Advanced Materials, Nanomaterials and Biophysics” della Commissione congiunta Italia-USA per la cooperazione scientifica e tecnologica tra il Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale italiano e il Dipartimento di Stato americano, guidato dal Dott. Luigi Ambrosio (Cnr) e da Sofi Bin-Salamon (US-AFOSR).
