I recettori mGlu5 svolgono un ruolo chiave nei meccanismi di plasticità sinaptica che sono alla base dei processi di apprendimento e rappresentano dei targets farmacologici per il trattamento di patologie psichiatriche e neurodegenerative. La malattia di Alzheimer (AD) è la principale forma di demenza causata dalla formazione di aggregati del peptide ß-amiloide che determinano disfunzione sinaptica, morte neuronale e deficit cognitivi. I recettori mGlu5 agiscono come co-recettori per l'oligomero Aß contribuendo alla sinaptotossicità e al deficit cognitivo. Il meccanismo di trasduzione del segnale dei recettori mGlu5 procede attraverso i) idrolisi dei polifosfoinisitidi con conseguente rilascio di Ca2+ intracellulare, ii) attivazione della via della fosfatidilinositolo-3-chinasi (PI3K) con fosforilazione di Akt, e iii) attivazione della via della MAP chinasi (ERK1/2). La funzionalità del recettore mGlu5 è stata finora valutata in sezioni di tessuto cerebrale, misurando l'accumulo di inositolmonofosfato (InsP) radioattivo. Questa metodica, sebbene molto utilizzata, non può essere applicata alla valutazione dell'attività recettoriale utilizzando modelli in vivo. Recentemente abbiamo sviluppato una metodica non radioattiva che permette la misurazione dell¿attività del recettore mGlu5 in vivo, in risposta alla somministrazione sistemica di un modulatore allosterico positivo (PAM) del recettore mGlu5 e di ioni litio, che inibiscono la conversione di InsP in inositolo. L'uso del PAM permette anche di valutare l'attivazione delle vie della PI3K e MAPK in vivo. Il progetto si propone di esaminare le modificazioni dell'espressione e della segnalazione intracellulare dei recettori mGlu5 in diverse aeree cerebrali dopo iniezione intracerebroventricolare di oligomeri del peptide Aß25-35 (frammento del peptide Aß1-42 incline a formare aggregati). La disfunzione cognitiva sarà esaminata mediante il labirinto acquatico (test di Morris) per la valutazione della memoria spaziale.
L'interesse e l'originalità del presente progetto risiede principalmente nell'importante avanzamento sulle conoscenze sul ruolo svolto dal recettore mGlu5 in un modello di declino cognitivo nel quale questo recettore è primariamente implicato.
La metodica da noi utilizzata per la valutazione dei meccanismi di trasduzione del segnale attivati dal recettore mGlu5 risulta del tutto innovativa in quanto offre, per la prima volta, la possibilità di misurare, in vivo, l'idrolisi dei polifosfoinositidi in diverse aree cerebrali di ogni singolo animale. Tale metodica, che prevede l'utilizzo di un dosaggio ELISA per la misurazione del InsP, rappresenta un passo in avanti rispetto alla convenzionale metodica di valutazione dell'attività dei recettori mGlu5 che veniva eseguita in colture neuronali o in sezioni di tessuto cerebrale e prevedeva l'utilizzo di inositolo radioattivo.
Considerando che le alterazioni della sfera cognitiva che caratterizzano molteplici patologie neuropsichiatriche e neurodegenerative rappresentano un serio problema di salute pubblica e sociale, lo studio acquista un potenziale valore traslazionale. Le importanti informazioni che ci può fornire riguardo al ruolo che il recettore mGlu5 svolge nel processo di apprendimento e nel declino cognitivo che si verifica in seguito alla deposizione degli oligomeri di Aß potrebbero rappresentare un importante avanzamento conoscitivo per il trattamento farmacologico dei deficit cognitivi associati alla AD ma anche ad altre patologie neurodegenerative del Sistema Nervoso Centrale (SNC).
Al momento non sono disponibili farmaci che siano in grado di rallentare la progressione della cascata patologica che causa disfunzione sinaptica e neurodegenerazione e che quindi siano in grado di modificare il decorso della AD. Il recettore mGlu5 è un potenziale bersaglio di intervento farmacologico, ma l'uso di PAM o NAM recettoriali consiglia cautela perché i PAM esercitano effetti pro-cognitivi ma potrebbero amplificare i meccanismi di neurodegenerazione [1-4], mentre i NAM potrebbero esercitare azione neuroprotettiva ma inibire al contempo i meccanismi di plasticità sinaptica che sottendono i processi di apprendimento e memoria [5]. Nel complesso, gli studi dei NAL (ligandi allosterici neutrali) del recettore mGlu5 o dei NAM parziali (ovvero farmaci in grado di fornire efficacia in vivo senza inibire completamente la funzione del recettore) [6] rappresentano le linee più promettenti di ricerca preclinica su AD incentrate sui recettori per il glutammato. Infatti, è stato dimostrato che il NAL, BMS-982423, risparmia il normale signaling del recettore mGlu5 riducendo al contempo il segnale patologico generato dai complessi del recettore PrPc/oAb/mGlu 5 e il deficit cognitivo nel modello di topi transgenici per AD [7]. Quindi l'obiettivo è quello di progettare farmaci su misura, ovvero molto selettivi sui diversi pathways intracellulari che siano in grado di attivare la risposta recettoriale terapeutica evitando quella legata invece agli effetti avversi. Da qui l'importanza del nostro studio che non si limita a valutare solo la via canonica di trasduzione del segnale del recettore mGlu5 in seguito alla sua attivazione (livelli di InsP) ma indaga anche eventuali fenomeni di biased signaling nei confronti delle altre vie di trasduzione intracellulare (ERK e Akt).
[1] Cleva and Olive (2011) Molecules 16:2097-2106
[2] Noetzel et al. (2013) Mol Pharmacol 83:835-47
[3] Nickols and Conn (2014) Neurobiol Dis 61:55-71
[4] Shinemanet al. (2013) Alzheimers Res Ther 5:45
[5] Homayoun and Moghaddam (2007) J Neurosci 27:11496-500
[6] Foster and Conn (2017) Neuron 94:431-46
[7] Haas et al. (2017) Cell Rep 20:76-88