Unraveling the role of collagen VI in the central and peripheral nervous system

Il collagene Vi è una proteina della matrice extracellulare espressa in diversi tessuti come pelle, nervi periferici, cartilagine e muscolo scheletrico. La proteina è costituita dalle catene polipeptidiche, α1(VI), α2(VI) ed α3(VI), codificate da tre geni distinti. Mutazioni a carico di tali geni causano nell’uomo disordini muscolari come la miopatia di Bethlem e la distrofia muscolare congenita di Ullrich. I topi privi di collagene VI (Col6a1–/–) mostrano un fenotipo miopatico, caratterizzato dalla presenza, nei muscoli scheletrici, di difetti ultrastrutturali a carico di organelli cellulari, come mitocondri e reticolo sarcoplasmatico, di una disfunzione mitocondriale ed dall’insorgenza di apoptosi spontanea. Durante il primo anno del mio dottorato, ho partecipato ad un progetto volto alla comprensione dei meccanismi pato-molecolari alla base del difetto muscolare, in assenza del collagene VI. Questo lavoro ha dimostrato che nei topi Col6a1–/– la retenzione di organelli disfunzionali è dovuta ad una regolazione inefficiente del flusso autofagico nelle fibre muscolari. In particolare, in tale contesto, mi sono occupata degli esperimenti istologici e relativi all’analisi dell’apoptosi nei muscoli di topi wild-type e knockout in condizioni di controllo e sottoposti a diversi approcci di tipo genetico, nutrizionale e farmacologico. In seconda battuta, nel corso del periodo di dottorato ho focalizzato il mio interesse sullo studio del collagene VI in un tessuto diverso, quello nervoso. Infatti recentemente è stato dimostrato che questa proteina è in grado di proteggere specificamente i neuroni dalla tossicità degli Aβ-peptidi, agenti critici nell’insorgenza della malattia di Alzheimer, e dalla morte cellulare indotta da radiazioni UV. Inoltre, alterazioni a carico dell’apparato autofagico sono note essere particolarmente dannose nel sistema nervoso centrale (SNC). Al fine di comprendere il ruolo del collagene VI nel SNC ho allestito colture primarie da corteccia ed ippocampo di topi neonati wild-type e Col6a1–/– ed ho analizzato in vitro i segnali dimostratisi alterati nel muscolo scheletrico in assenza della proteina in esame. Nelle colture wild-type il collagene VI è localizzato sulla superficie delle cellule neuronali e gliali. Le cellule knockout mostrano un aumento significativo dell’apoptosi, effetto recuperato quando le colture sono piastrate su collagene VI purificato, come substrato. L’analisi biochimica di marcatori autofagici ed osservazioni condotte in colture primarie neurali derivate da topi transgenici GFP-LC3;Col6a1+/+ e GFP-LC3;Col6a1–/– hanno rivelato, inoltre, un’alterazione nel flusso autofagico in assenza di collagene VI. Infine, risultati preliminari indicano una maggiore vulnerabilità delle cellule Col6a1–/– allo stress ossidativo. Queste osservazioni in vitro suggeriscono che la mancanza di collagene VI induce morte cellulare ed un’alterata risposta autofagica in cellule primarie di derivazione nervosa. Di maggior interesse è quindi la dimostrazione in vivo di un ruolo protettivo del collagene VI nel SNC. Analisi condotte sul cervello di topi di diverse età confermano l’importanza della proteina nel SNC e suggeriscono un’implicazione durante il proceso di invecchiamento. Infine nell’ultimo anno, vista l’alta espressione del collagene VI nel sistema nervoso periferico (SNP), sono state condotte anche analisi a livello del nervo sciatico, volte alla comprensione del ruolo della proteina in questo tessuto. Precedenti studi, inoltre, dimostravano l’espressione della proteina durante il differenziamento delle cellule di Schwann. Le analisi finora condotte mostrano che la mancanza del collagene VI nel nervo sciatico inducono un ispessimento della mielina, alterazioni a livello ultrastrutturale nelle fibre nervose e deficit sia motori che sensoriali. Queste evidenze nell’insieme, dimostrano una crescente importanza del collagene VI sia nel sistema nervoso centrale che periferico, in cui la proteina svolge ruoli specifici, apparentemente differenti.