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Paolo Ruzza, ICB-CNR

La malattia di Parkinson (PD) appartiene al gruppo di patologie legate al non corretto folding proteico ed è caratterizzata dalla degenerazione progressiva dei neuroni dopaminergici della substantia nigra del cervello.

Tra i meccanismi biochimici proposti per la patogenesi del PD troviamo l'accumulo intracellulare di aggregati proteici di α-sinucleina, lo stress ossidativo causato dai metaboliti della dopamina, e alterazioni nei livelli di ferro e glutatione nella substantia nigra. Uno dei principali obiettivi nello sviluppare nuovi approcci terapeutici per PD è lo sviluppo di piccole molecole che possano agire contemporaneamente su almeno due di questi processi patologici. Recenti risultati sperimentali indicano che vari antiossidanti, tra cui polifenoli con strutture simili alla curcumina (la sostanza chimica che dà al curry il suo colore giallo brillante), hanno potenti effetti anti-fibrillogenici e destabilizzanti le fibrille di α-sinucleina in modelli in vitro.

 

La degradazione della curcumina in soluzione acquosa a pH fisiologico ha suggerito di studiare le proprietà di alcuni suoi prodotti di degradazione quali il deidrozingerone (1), l'analogo O-metil (2), il zingerone (3), e i loro dimeri simmetrici (bifenili 4-6) (Fig. 1), di interagire con l’α-sinucleina e di modularne l’aggregazione. Il deidrozingerone e lo zingerone, come i loro derivati difenilici, possiedono inoltre una potente attività antiossidante e anti-infiammatoria.

 

Lo studio delle interazioni di queste molecole con l’α-sinucleina è stato condotto mediante tecniche di dicroismo circolare a radiazioni di sincrotrone (SRCD) presso la Diamond Light Source, Ltd. (Didcot, UK). In questa tecnica, il fascio di luce intenso e luminoso della radiazione di sincrotrone sostituisce la tradizionale lampada allo xenon con evidenti vantaggi nella regione spettrale investigabile e nel rapporto segnale/rumore. Lo spettro SRCD nella regione del lontano UV dell’α-sinucleina presenta una banda negativa a circa 195 nm, caratteristica della natura essenzialmente non strutturata della proteina in soluzione acquosa. L'aggiunta dei leganti (1-6) induce solo piccole variazioni nell'intensità di questa banda a indicare l’assenza di qualsiasi struttura ordinata indotta dal binding di queste molecole.

 

La capacità dei ligandi di interferire con l‘aggregazione proteica è stata valutata utilizzando il test al Congo red e gli spettri SRCD. Il Congo red interagisce con le fibrille variando in modo caratteristico il suo spettro di assorbimento. I dati ottenuti evidenziano come i composti 4 e 5 siano in grado di inibire in modo significativo la produzione di fibrille proteiche. A confermare di questo risultato, la struttura secondaria di della sola α-sinucleina o in presenza di composti 4 e 5 è stata valutata al termine dell'esperimento aggregazione. Mentre l’α-sinucleina incubata in assenza di ligandi mostra un caratteristico spettro CD riconducibile ad una struttura a β-sheet, in presenza dei composti 4 o 5 questa non è osservabile, ad indicare la presenza preponderante di α-sinucleina nella conformazione nativa (Fig. 2).

 

Il presente studio ha confermato l'idoneità della spettroscopia SRCD per analizzare le interazioni ligando-proteina in piccoli campioni e confermato l'interazione tra i derivati curcumina e l’α-sinucleina con l'inibizione della sua aggregazione, fornendo preziose indicazioni su future molecole volte a inibire l'aggregazione proteica.

 

Ringraziamenti

 

Ringraziamo la Diamond Light Source per l’accesso alla beamline B23 (SM7153-1) che ha permesso di ottenere i risultati qui illustrati. Il presente lavoro di ricerca è stato parzialmente finanziato dalla Comunità Europea, Settimo Programma Quadro (FP7/2007-2013, grant nº 226716).

 

Pubblicazione di riferimento: Marchiani, A.; Mammi, S.; Siligardi, G.; Hussain, R.; Tessari, I.; Bubacco, L.; Delogu, G.; Fabbri, D.; Dettori, A.M.; Sanna, D.; Dedola, S.; Serra, P.A.; Ruzza, P. Small molecules interacting with alpha-synuclein: antiaggregating and cytoprotective properties. Amino Acids 2013, 45, 327-338.

 

Ruzza, P. ‘Spice of life’: Indian spice turmeric polyphenol by-products may act on Parkinson’s related α-synuclein aggregation. Diamond Light Source Annual Review 2013/14. 2014, 34-35.

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Figura 1. Struttura chimica del deidrozingerone (1), dell'analogo O-metil (2), del zingerone (3), e dei loro derivati bifenilici 4-6.

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Figura 2. Far-UV Spettri SRCD nel lontano-UV della sola α-sinucleina o in presenza di 2.5 equiv. del composto 4 a 0 e 12 giorni di incubazione a 37 ° C. Lo spettro SRCD dell’α-sinucleina in presenza di 2,5 equiv. del composto 4 al tempo zero è sovrapponibile a quello della sola α-sinucleina. La soluzione di α-sinucleina è 100 µM in tampone fosfato 20 mM, pH 6,8. I campioni sono stati diluiti con tampone per ottenere una concentrazione teorica proteine di 4 µM.

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