Intact hearts: a new tool for elucidating the antioxidant role of the prion protein

L’esatto ruolo che la proteina prionica cellulare (PrPC) svolge nella fisiologia della cellula è ancora incerto, e questo impedisce la comprensione dei meccanismi che stanno alla base delle malattie da prione e lo sviluppo di opportune strategie terapeutiche. Studi condotti su modelli cellulare e animali geneticamente modificati, tuttavia, hanno suggerito che PrPC possa svolgere un ruolo protettivo nei confronti dello stress ossidativo e di segnali di morte cellulare. PrPC è particolarmente abbondante nel sistema nervoso centrale, ma è espressa a livelli elevati anche nei tessuti muscolari. Inoltre, recenti evidenze hanno correlato la proteina alla fisiopatologia muscolare. Per questo motivo, abbiamo orientato la nostra ricerca sull’utilizzo di cuori isolati e perfusi, un paradigma sperimentale innovativo per lo studio in situ delle funzioni protettive della PrPC. Rispetto alle cellule in coltura, i cuori isolati hanno il vantaggio di mantenere l’ambiente cellulare di origine e sono inoltre modelli più adatti dell’animale intero per le manipolazioni sperimentali. Di conseguenza, servendoci di topi wild-type (WT) e geneticamente modificati, esprimenti differenti quantità di PrPC (knock-out (KO) e sovra-esprimenti (OE) la proteina), abbiamo verificato la putativa funzione antiossidante di PrPC servendoci di cuori isolati sottoposti a protocolli di ischemia/riperfusione (I/R), o di perfusione, che implicano lo stress ossidativo. La nostra previsione, in linea con la putativa capacità di PrPC di contrastare l’insulto ossidativo ed i meccanismi di morte cellulare, era che i cuori espiantati da topi PrPC-KO e da topi PrPC-OE, e sottoposti a protocolli di I/R, manifestassero, rispettivamente, una maggiore e minore sensibilità al danno rispetto alla controparte WT. Quello che abbiamo rilevato è che i cuori PrPC-OE sono più resistenti al danno indotto dalla riperfusione post-ischemica rispetto a cuori WT e PrPC-KO, come indicato dalla riduzione di morte cellulare, ossidazione di proteine miofibrillari ed accumulo di specie reattive dell’ossigeno (ROS). Abbiamo quindi ipotizzato che, se realmente PrPC agisse come un agente anti-ossidante, l’assenza della proteina avrebbe potuto aumentare la protezione conferita dall’utilizzo di un protocollo di pre-condizionamento ischemico (IPC), il cui meccanismo si basa sulla produzione di piccole quantità di ROS. Questa ipotesi si è dimostrata corretta, dato che il protocollo di IPC svolge un forte ruolo protettivo nei cuori PrPC-KO, uno intermedio nei WT, e nessun effetto nei cuori PrPC-OE. Abbiamo inoltre applicato protocolli basati su un tipo di danno ossidativo non ischemico, perfondendo i cuori isolati con perossido di idrogeno. Tale trattamento produce una maggiore morte cellulare ed una maggiore ossidazione delle proteine miofibrillari nei cuori PrPC-KO, paragonati a quelli WT e PrPC-OE. Abbiamo infine ipotizzato un possibile ruolo di PrPC nella modulazione dell’attività/espressione di proteine coinvolte nella risposta agli stimoli ossidativi. A tal fine, abbiamo testato l’attività, in cuori non perfusi, di alcuni enzimi scavenger di ROS, tra cui catalasi (CAT) e superossido dismutasi (SOD) mitocondriale e citosolica. Mentre abbiamo osservato una riduzione significativa dell’attività di CAT nei cuori PrPC-KO rispetto a quelli esprimenti PrPC, l’espressione e l’attività delle SOD non sono risultate differenti nei tre genotipi di PrPC. Da sottolineare, infine, che è stato dimostrato un aumento dell’espressione di p66Shc, una proteina coinvolta nella mediazione di segnali pro-apoptotici, nei cuori privi PrPC. Tale osservazione, assolutamente inedita, meriterà ulteriori approfondimenti futuri. I nostri risultati supportano dunque sia il valore del nuovo modello sperimentale in situ per lo studio della funzione fisiologica di PrPC, sia il coinvolgimento della proteina nelle difese contro lo stress ossidativo ed il danno cellulare.