Tyrosine hydroxylase and HSPB8 interact with the prion protein

La proteina prionica è, ad oggi, una delle molecole più studiate nelle neuroscienze poiché essa rappresenta l’agente eziologico di un gruppo di patologie neurologiche chiamate collettivamente encefalopatie spongiformi trasmissibili (TSE). Queste patologie sono caratterizzate da una serie di sintomi motori e cognitivi distinti da quelli delle patologie di Parkinson e Alzheimer e colpiscono l’uomo e una grande varietà di mammiferi. Per tale ragione un grande sforzo è stato fatto per capire le basi molecolari dell’attività di PrP in condizioni fisiologiche e patologiche, le quali, tutt’ora, non sono del tutto comprese. In questo contesto è di cruciale importanza l’identificazione di nuovi partner di legame che regolino o interferiscano con l’attività, la localizzazione cellulare e/o l’espressione della proteina prionica. Tramite l’espressione delle proteine di interesse in forma ricombinante in cellule di E.coli e l’analisi delle loro interazioni mediante Western blot e dot-blot, abbiamo identificato due interazioni specifiche e neurologicamente rilevanti della proteina prionica coinvolgenti da un lato la tirosina idrossilasi, enzima che catalizza la reazione iniziale e limitante della biosintesi delle catecolamine dopamina, norepinefrina ed epinefrina; dall’altro l’heat shock protein B8, membro della famiglia delle small heat shock protein, che sembra ricoprire un ruolo particolarmente importante in quelle patologie che, come le encefalopatie spongiformi trasmissibili, sono caratterizzate dall’accumulo di proteine mal ripiegate. Le costanti di associazione/dissociazione dei complessi sono state calcolate mediante surface plasmon resonance e le interazioni sono state confermate tramite immunoistochimica. I dati ottenuti evidenziano un’interazione specifica e ad alta affinità (KD nel range nM) tra il dominio regolatorio N-terminale (1-152) di TH e il dominio strutturato C-terminale (90-230) di PrP. La co-espressione delle due proteine causa sia uno spostamento da un’espressione prevalentemente di membrana della proteina prionica ad una localizzazione maggiormente citoplasmatica, sia una down-regolazione dei livelli di espressione di proteina prionica senza, tuttavia, influenzare topologia ed espressione della tirosina idrossilasi. Il legame tra PrP e HSPB8 coinvolge il dominio C-terminale della proteina prionica e la co-espressione delle due proteine porta ad una down-regolazione sia di proteina prionica che di HSPB8. Quest’ultima, inoltre, protegge la proteina prionica dalla degradazione da parte di proteinasi K, mentre sembra favorirne la denaturazione termica. I mutanti K141E e K141N dell’heat shock protein, associati allo sviluppo di neuropatie, mostrano affinità di binding minori rispetto alla proteina wild type così come sono meno efficaci nel regolare i livelli di espressione, localizzazione e degradazione della proteina prionica. I nostri risultati, in particolare se confermati in modelli di patologia, possono aiutare a comprendere i meccanismi d’azione fisiologici e patologici della proteina prionica e indicano tirosina idrossilasi e heat shock protein B8 come modulatori della proteina prionica stessa e quindi come potenziali target per applicazioni terapeutiche.