Herpes simple virus type 1 and neurodegenerative disorders: can viral infection increase the risk of developing Alzheimer's disease

Herpes simplex virus di tipo 1 (HSV-1) è un virus umano neurotropico caratterizzato da un ciclo vitale basato su una lunga interazione con l’ospite, alternandosi tra infezione litica e latente. Dopo l’infezione iniziale e la replicazione, accompagnata da lisi cellulare, in zone periferiche del corpo il virus entra nei neuroni sensori che innervano l’epitelio infettato e, dopo un trasporto retrogrado, stabilisce un’infezione latente nei gangli sensori per tutta la vita. Un crescente numero di evidenze sperimentali indica che nel sistema nervoso centrale (SNC) e periferico (SNP) avvengono periodiche riattivazioni sub-cliniche, con conseguente risposta immune e neurodegenerazione, suggerendo che HSV-1 sia un fattore di rischio nella patogenesi del morbo di Alzheimer (AD). AD è una malattia neurodegenerativa caratterizzata da un progressivo declino nelle funzioni cognitive che porta alla perdita di memoria a demenza. Le principali caratteristiche patologiche della malattia sono: infiammazione cronica, disomeostasi del calcio e la presenza degli aggregati proteici altamente insolubili chiamati grovigli neurofibrillari (NFT) e placche senili (SP), rispettivamente composti da proteina tau iperfosforilata e dal peptide β-amiloide (Aβ). Questo lavoro è incentrato su diversi aspetti del possibile coinvolgimento di HSV nella patogenesi di AD. Nella prima parte viene descritta la ricerca sui meccanismi molecolari che possono indurrre alterazioni patologiche, con una particolare enfasi sulla proteina tau ed il segnale Ca2+, condotta in vitro su diverse linee cellulari, come cellule epiteliali, di neuroblastoma e colture primarie neuronali derivate da topi neonati del modello di AD 3xTG. Numerosi studi sono stati rivolti a identificare una relazione tra HSV-1 e la fosforilazione di tau. Per valutare se le due chinasi virali US3 e UL13 sono coinvolte nella iperfosforilazione di tau, come suggerito dalla letteratura, sono stati generati mutanti virali meleti per questi geni e vettori plasmidici per la loro espressione in cellule di mammifero. Lo stato di fosforilazione di tau è stato analizzato tramite immunofluorescenza e western blot. Anticorpi diretti contro 2 degli 85 possibili siti di fosforilazione non hanno rilevato significativi eventi di iperfosforilazione, rendendo impossibile stabilire un possibile ruolo diretto di questi due geni virali in questo processo. D’altra parte, usando l’anticorpo Tau-1, diretto contro tau nucleare, abbiamo rilevato una forte differenza tra cellule infettate e non infettate. Questo anticorpo rileva una forma nucleolare altamente insolubile di tau che aumenta e si ridistribuisce in tutto il nucleo dopo l’infezione virale. Ulteriori analisi ci hanno suggerito che queste alterazioni potessero essere collegate a modificazioni nella cromatina che favoriscono la riattivazione virale. L’aumento di questa particolare forma insolubile di tau può contribuire alla formazione dei NFT. Anche alterazioni nella omeostasi del Ca2+ intracellulare sono state collegate con la patogenesi di AD. Infatti, è noto che il Ca2+ intracellulare, oltre a giocare un ruolo essenzial nelle funzioni neuronali, è un elemento chiave per la sopravvivenza e la morte neuronale. Molti studi hanno riportato che il legame di HSV-1 alla membrana neuronale induce una depolarizzazione di membrana che porta ad una aumentata eccitabilità neuronale e innesca potenziali d’azione. Dal momento che, il legame di virioni erpetici alla membrana cellulare è principalmente mediato dalla glicoproteina B (gB) dell’envelope, abbiamo studiato il ruolo di questa proteina nel rilascio del calcio. L’attacco di gB alla superficie cellulare è mediato da un primo legame con l’eparan solfato dei proteoglicani (HSPG), una molecola di membrana ubiquitaria, seguito dal riconoscimento di un recettore che può essere diverso in relazione al tipo di cellula. In maniera simile, è stato riportato che Aβ può legare gli HSPG e che le due proteine mostrano un certo grado di omologia. Per valutare se gB e/o il legame agli HSPGsiano involti nei cambiamenti dei livelli intracellulari di Ca2+,abbiamo utilizzato diversi modelli cellulari e due sonde Ca2+ -sensibili. Le analisi con l’aequorina hanno rilevato che una forma solubile dig B può indurre il rilascio di Ca2+ dalle scorte intracellulari, mentre il Fura-2 ha mostrato che un HSV-1 deleto nella porzione di gB che lega gli HSPG, provoca un influsso di Ca2+ maggiore rispetto al virus non mutato. Questi dati dimostrano che gB è coinvolta nell’influsso di Ca2+ e che questo è regolato negativamente dal legame della proteina agli HSPG. Si può ipotizzare che in condizioni patologiche HSV-1 causi cambiamenti funzionali Ca2+ dipendenti, in neuroni corticali, che promuovono il processamento di APP e la produzione di Aβ, e un eccesso di Aβ può competere con la gB per legarsi agli HSPG, risultando in un movimento di Ca2+ maggiore rispetto ad una normale infezione. La seconda parte di questo lavoro è incentrata su studi in vivo, che usano un modello murino transgenico, per avere una comprensione più ampia della correlazione tra HSV-1 e AD. Questo sistema in vivo utilizza un HSV-1 che esprime la CRE ricombinasi e il ceppo murino reporter Ai6. La CRE ricombinasi media la marcatura permanente delle cellule infettate, tramite l’espressione del gene reporter. Fette istologiche dei gangli del trigemino (TG) e del cervello di topi adulti infettati o non infettati sono stati analizzati tramite immunofluorescenza fino a 126 giorni dall’infezione. Numerosi studi hanno rivelato che l’infezione o la riattivazione di HSV è stata associata con la neuroinfiammazione e la comparsa di diversi marcatori di neurodegenerazione collegati ad AD, incluso Aβ e tau iperfosforilata. Quindi, le caratteristiche patologiche analizzate in questo sistema sono state la presenza di neuroinfiammazione, SP e NFT. I risultati ottenuti nei nostri studi hanno mostrato, nelle aree colpite dal virus, una forte attivazione di macrofagi e microglia, cellule del sistema immunitario innato che regolano l’infiammazione nel sistema nervoso. D’altra parte né la formazione di SP né di NFT è stata rilevata, suggerendo che la loro comparsa possa richiedere più tempo, svariati eventi di riattivazione e/o altri elementi predisponenti. I dati presentati in questo lavoro supportano l’ipotesi che HSV-1 interferisca con diversi processi cellulari e sistemici che in condizioni fisiologiche possono essere ristabiliti dopo la fase acuta d’infezione/riattivazione. Comunque queste osservazioni suggeriscono che le alterazioni indotte dal virus combinate con l’età e altri fattori di rischio, possa peggiorare una situazione già patologic, supportando l’idea che HSV-1 è un agente rilevante, benché non essenziale, nello sviluppo di AD a diversi livelli.