Retinite pigmentosa: nuovo trattamento – Il ripristino della cerniera molecolare previene la morte cellulare

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La retinite pigmentosa, una malattia genetica degenerativa dell’occhio, è caratterizzata da una progressiva perdita della vista, che di solito porta alla cecità. In alcuni pazienti sono stati osservati difetti strutturali nelle cellule dei fotorecettori, ma non si conoscono i meccanismi molecolari coinvolti.

Un team dell’Università di Ginevra (UNIGE), in collaborazione con l’Università di Losanna (UNIL), ha identificato il ruolo essenziale svolto da una cerniera molecolare formata da quattro proteine. L’assenza di questa cerniera porta alla morte cellulare nelle cellule retiniche. Questa scoperta potrebbe portare allo sviluppo di approcci terapeutici per la retinite pigmentosa. Questo lavoro può essere letto nella rivista PLOS Biology.

La retinite pigmentosa è la malattia retinica ereditaria più comune nell’uomo, con una prevalenza di una persona su 4.000 nel mondo. I primi sintomi di solito compaiono tra i 10 ei 20 anni con una perdita della vista notturna.

Successivamente, il campo visivo si restringe in una “visione a tunnel” per portare infine alla cecità intorno ai 40 anni. Questa malattia è caratterizzata da una degenerazione delle cellule fotosensibili, i fotorecettori.

Queste cellule neuronali specializzate della retina sono responsabili della conversione della luce in un segnale nervoso. Il segmento esterno della cellula è costituito da pile di dischi su cui si trovano i pigmenti fotosensibili. Il segmento interno contiene tutto il meccanismo metabolico essenziale al funzionamento della cellula ed è collegato al segmento esterno dal ciglio connettivo.

Una cerniera molecolare

Le mutazioni nei geni di quattro proteine ​​situate in questo ciglio di collegamento sono tutte associate a patologie retiniche che presentano degenerazione dei fotorecettori. Queste quattro proteine ​​erano state identificate dal laboratorio di Paul Guichard e Virginie Hamel del Dipartimento di Biologia Molecolare e Cellulare della Facoltà di Scienze. Si trovano nei centrioli, strutture cilindriche costituite da microtubuli e presenti in tutte le cellule animali.

“Nel centriolo, queste proteine ​​assicurano la coesione dei diversi microtubuli agendo come una cerniera. Ci siamo chiesti se non svolgessero lo stesso ruolo nelle strutture tubolari del ciglio di collegamento”, spiega Virginie Hamel, ultima autrice dello studio.

Osservazioni con una precisione senza precedenti

Grazie a una tecnica di microscopia ad espansione ottimizzata dal gruppo di Virginie Hamel e Paul Guichard, che permette di gonfiare le cellule senza deformarle, gli scienziati hanno potuto osservare il tessuto retinico con una risoluzione mai raggiunta. I biologi si sono concentrati sulla struttura delle ciglia di collegamento dei topi che avevano – o non avevano – una mutazione nel gene per una delle quattro proteine ​​menzionate. Queste osservazioni sono state condotte in diverse fasi della vita.

“In assenza della mutazione, abbiamo scoperto che queste proteine ​​assicurano, proprio come avevamo visto in precedenza nei centrioli, la coesione tra i microtubuli formando una cerniera che si chiude man mano che lo sviluppo procede”, spiega Olivier Mercey, ricercatore del Dipartimento di Molecolare e Biologia Cellulare e primo autore dello studio.

D’altra parte, quando il gene per questa proteina è mutato, sebbene la struttura dei microtubuli appaia normale nei primi giorni, i microtubuli diventano gradualmente sempre meno attaccati l’uno all’altro. Nell’età adulta, i topi colpiti hanno microtubuli che non sono più “compressi” insieme e alla fine collassano, portando alla morte cellulare dei fotorecettori.

Ripristino della “cerniera molecolare” per prevenire la morte cellulare

Questo lavoro ha portato ad una migliore comprensione a livello molecolare e strutturale della retinite pigmentosa, che permette di considerare trattamenti terapeutici che agiscono a monte della degenerazione cellulare.

“Iniettando la proteina in pazienti affetti da alcuni tipi di retinite pigmentosa, possiamo immaginare che la cerniera molecolare possa essere ripristinata per garantire l’integrità strutturale dei microtubuli delle ciglia di collegamento, prevenendo così la morte delle cellule dei fotorecettori. Stiamo valutando questo approccio in collaborazione con i nostri colleghi dell’UNIL e del Jules-Gonin Ophthalmic Hospital, Yvan Arsenijevic e Corinne Kostic”, afferma Paul Guichard, coautore dello studio.


La retina è un tessuto sottile che riveste la parte posteriore del bulbo oculare che contiene cellule fotorecettrici, che convertono gli input luminosi in segnali elettrici, un processo cruciale per il rilevamento degli stimoli visivi. Queste cellule ciliate altamente specializzate sono suddivise in 2 regioni principali, un segmento esterno fotosensibile (OS) e un segmento interno del fotorecettore, che sono collegati tramite una sottile struttura a ponte nota come ciglio di collegamento (CC) con il suo corpo basale ciliare sottostante.

Questo linker strutturale, proveniente da un centriolo maturo, è costituito da 9 doppietti di microtubuli (MTD) che si estendono distalmente per formare il peduncolo assonale, la base dell’OS su cui sono posizionati centinaia di dischi di membrana impilati che contengono proteine ​​di fototrasduzione [1–3 ]. Mutazioni nel gene che codifica per la proteina legante i microtubuli FAM161A, che si localizza al CC, sono state associate alla patologia umana retinite pigmentosa 28 (RP28), un sottotipo di retinite pigmentosa, la malattia retinica ereditaria umana più diffusa con un’incidenza di 1/4.000 in tutto il mondo [4–11].

Modelli murini di RP28 associato a FAM161A hanno rivelato difetti strutturali nel CC, con MTD diffusi e organizzazione del disco di membrana disturbata che sono alla base della perdita di fotorecettori [9,12]. Allo stesso modo, le mutazioni nei geni per le proteine ​​CC-localizzate POC5, CENTRIN e POC1B sono state tutte associate a patologie retiniche che mostrano degenerazione dei fotorecettori [13-15].

Recentemente, abbiamo localizzato queste 4 proteine ​​a livello dei centrioli e componendo il cosiddetto inner scaffold, una struttura che collega le vicine lame dei microtubuli [16]. L’esaurimento dei componenti interni dell’impalcatura porta a difetti architettonici dei centrioli, suggerendo un ruolo di questa struttura nella coesione strutturale dell’intero organello [16,17]. Queste 4 proteine ​​dello scaffold interno essendo presenti anche nel CC, abbiamo ipotizzato che una struttura di scaffold interna simile potrebbe esistere a livello del CC per fornire la coesione strutturale degli MTD, garantendo così l’integrità del sistema operativo

Fig 1. Mappatura molecolare del fotorecettore dei mammiferi che collega il ciglio.
(a) Immagine U-ExM a basso ingrandimento di una retina di topo P14 che evidenzia la conservazione dei diversi strati della retina. Si noti che lo strato RPE viene rimosso con la dissezione. Barra della scala: 10 μm. (b) Strato fotorecettore P14 espanso (regione equivalente alla linea tratteggiata bianca illustrata in (a)). Il riquadro mostra i dettagli di 1 cellula del fotorecettore. Le punte delle frecce indicano i centrioli. La freccia rappresenta il divario tra i segnali del centriolo e CC POC5. Barra della scala: 5 μm (riquadro: 500 nm). (c–g) Immagini confocali U-ExM di fotorecettori adulti colorati per tubulina (magenta) e POC5 (c: verde) o CENTRIN (d: giallo), FAM161A (e: grigio), CEP290 (f: ciano) e LCA5 (g: arancione). I pannelli inferiori mostrano viste trasversali del CC per ciascuna colorazione. Le punte delle frecce indicano i centrioli. Barre di scala: vista laterale = 500 nm; vista trasversale = 200 nm. (h) Distanze tra l’intensità massima di POC5 (verde), CENTRIN (giallo scuro) e CEP290 (ciano) rispetto alla tubulina (magenta) calcolata dalle immagini della vista trasversale. Le barre grigie indicano i valori ottenuti dalla simulazione in S4 Fig. n ≥ 2 animali per colorazione. Vedere la tabella S1. (i) Vista trasversale (a sinistra) e trasformata polare (a destra) dei segnali GT335 (magenta) e CEP290 (ciano) che rivelano una simmetria 9 volte sovrapposta. Barra della scala: 200 nm. (j) Profili di trama della trasformata polare CEP290 (ciano) e GT335 (magenta) di (i). (k) Immagine EM simmetizzata di una sezione trasversale P14 CC che rivela un anello interno che decora gli MTD (punta di freccia verde) e collegamenti a Y che collegano gli MTD alla membrana (punta di freccia blu). Barra della scala: 50 nm. (l) Modello che rappresenta le posizioni relative calcolate in (h) e (j) di POC5 (linea verde), CENTRIN (linea giallo scuro), CEP290 (punto e linea ciano) a tubulina (magenta) su un’immagine EM simmetrica contrastata di un CC. Le linee di colore chiaro rappresentano la SD per ciascuna proteina. Barra della scala: 50 nm. I dati alla base di tutti i grafici mostrati in figura sono inclusi nel file S1 Data. CC, ciglio di collegamento; DC, centriolo figlia; GCL, strato di cellule gangliari; IPL, strato nucleare interno; MC, centriolo madre; MTD, doppietto di microtubuli; ONL, strato nucleare esterno; POS, segmento esterno del fotorecettore. strato nucleare esterno; POS, segmento esterno del fotorecettore. strato nucleare esterno; POS, segmento esterno del fotorecettore.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001649.g001

Ulteriori informazioni:  Olivier Mercey et al, L’impalcatura interna del cilium di collegamento fornisce una base strutturale che protegge dalla degenerazione della retina,  PLOS Biology  (2022). DOI: 10.1371/journal.pbio.3001649

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