Apache, una nuova proteina coinvolta nello sviluppo del sistema nervoso

Il neurone, l’unità cellulare del sistema nervoso, è una cellula morfologicamente e funzionalmente specializzata, che grazie alle sue peculiari proprietà funzionali è in grado di ricevere, integrare e trasmettere impulsi nervosi. Nei neuroni è fondamentale la regolazione del traffico di membrana, ovvero dell'attività incessante di aggiunta e rimozione di zone di membrana dalla membrana cellulare che i neuroni compiono durante lo sviluppo per emettere e allungare i prolungamenti che formeranno i circuiti nervosi, e nel cervello maturo per garantire un’efficiente trasmissione sinaptica, ossia il trasferimento di informazioni da un neurone ad un altro. In questo processo, il neurotrasmettitore contenuto in vescicole sinaptiche viene rilasciato nello spazio sinaptico per fusione (esocitosi) delle vescicole con la membrana plasmatica. L'aggiunta della membrana delle vescicole durante il rilascio farebbe aumentare progressivamente la superficie cellulare se non esistesse un processo opposto di endocitosi che rimuove la membrana in eccesso e rigenera le vescicole sinaptiche per permettere alla trasmissione sinaptica di non esaurirsi durante l'attività. Molte sono le proteine note che partecipano a questo processo, ma molto rimane ancora da scoprire.
APache è una proteina prodotta da un gene fino a questo momento privo di una funzione. La ricerca, effettuata da un team multidisciplinare dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e dell’Università di Genova guidato da noi, in collaborazione con Flavia Valtorta dell'Università Vita e Salute San Raffaele di Milano ha dimostrato che APache è cruciale per lo sviluppo e il corretto funzionamento del sistema nervoso.
Lo studio è partito da un’analisi bioinformatica, condotta in collaborazione con Jonathan Wren della Oklahoma Medical Research Foundation, che ha suggerito un potenziale coinvolgimento di un gene dal numero KIAA1107 nella trasmissione sinaptica. Abbiamo scoperto che il prodotto di questo gene è una proteina espressa selettivamente nei neuroni e che i suoi livelli di espressione aumentano progressivamente dalle prime fasi di sviluppo embrionale all’adulto. Questa proteina, in seguito nominata APache, è implicata, mediante la sua interazione con la proteina adattatrice AP-2, nei processi di endocitosi e riformazione delle vescicole sinaptiche. Attraverso una serie di studi in vitro e in vivo si è scoperto che APache è fondamentale per la crescita, la sopravvivenza e il funzionamento delle cellule nervose. Neuroni in via di sviluppo, privati della proteina APache, vanno incontro a processi abortivi ed elaborano ramificazioni più corte. In età matura, questi neuroni privati di APache rigenerano meno vescicole sinaptiche e sono quindi meno efficienti nella trasmissione dell’impulso nervoso, manifestando un'importante compromissione funzionale che può portare alla morte neuronale. .
Lo studio, appena pubblicato sulla prestigiosa rivista Cell Reports, non solo aggiunge un nuovo tassello alle nostre conoscenze sul funzionamento del nostro sistema nervoso, ma apre anche la strada a possibili implicazioni patologiche. Il lavoro svolto, frutto della collaborazione di ricercatori con diverse competenze complementari, rappresenta un esempio di fruttuosa collaborazione tra Università ed enti di ricerca dentro e fuori Genova.

Fabio Benfenati

Dipartimento di Medicina sperimentale

Coordinatore del centro NSYN – IIT

Silvia Giovedì

Dipartimento di Medicina sperimentale