Amiloidosi cardiaca: la prima analisi ad alta risoluzione degli aggregati amiloidi

Nel Laboratorio di Crio-microscopia Elettronica del Centro di Ricerca Pediatrica Romeo ed Enrica Invernizzi, presso il dipartimento di Bioscienze dell'Università degli Studi di Milano, è stato portato a termine il primo lavoro condotto utilizzando l'unico  microscopio elettronico a crio temperature per studi in singola particella presente in Italia, acquisito dalla Statale nel 2017 con il fondamentale supporto della Fondazione Romeo ed Enrica Invernizzi.

Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications e presentato da Stefano Ricagno, Carlo Camilloni, Martino Bolognesi e collaboratori del dipartimento di ha riguardato l'analisi ad alta risoluzione di fibrille amiloidi tossiche coinvolte in una patologia spesso fatale, la amiloidosi cardiaca.

Le fibrille amiloidi sono depositi di proteine che, prodotte in misura anomala (da cellule del midollo osseo nel caso considerato), si localizzano in organi vitali e sono alla base di numerose e gravi patologie, come le malattie di Alzheimer e di Parkinson, o la amiloidosi cardiaca quando le fibrille proteiche si depositano nel cuore.

Servendosi delle tecniche di crio-microscopia elettronica, gli scienziati dell'Università Statale hanno condotto l'analisi ad alta risoluzione della struttura tridimensionale di fibrille amiloidi tossiche, dovute a catene leggere di una immunoglobulina. Allo studio hanno partecipato anche ricercatori del Centro per lo Studio delle Amiloidosi Sistemiche, Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo e Università di Pavia, che hanno estratto e preparato le fibrille per l'analisi direttamente dal cuore di un paziente affetto da una grave forma di cardiomiopatia amiloide (ved. figura A).

La struttura ottenuta descrive per la prima volta il dettaglio dell'organizzazione tridimensionale di queste fibrille particolarmente pericolose per la salute umana. Ciascuna fibrilla in vivo si estende, con struttura elicoidale e regolare, per qualche decimillesimo di millimetro (ved. figura B); il dettaglio molecolare che si riesce a raggiungere con il crio-microscopio permette di distinguere gli amminoacidi componenti la proteina fibrillare, raggiungendo quindi una risoluzione prossima al decimilionesimo di millimetro. Nel caso esaminato, la struttura portante della fibrilla è inaspettatamente costituita da una sola porzione della catena proteica e coinvolge migliaia di copie della stessa che, ripetendosi in maniera ordinata, formano una lunga struttura elicoidale (ved. figura C).

La conoscenza della struttura fibrillare suggerisce attraverso quali meccanismi i depositi patologici crescano a scapito della forma fisiologica non tossica delle catene immunoglobuliniche. In prospettiva, la comprensione dei meccanismi di fibrillogenesi potrà guidare lo sviluppo di molecole che prevengano l'aggregazione amiloide, con evidenti implicazioni terapeutiche.

L'analisi ad alta risoluzione della struttura di aggregati amiloidi è una tecnica di assoluta avanguardia, resa possibile da poco più di un anno, a livello mondiale, grazie ai progressi della microscopia elettronica a crio-temperature, la cui rilevanza è testimoniata dal Premio Nobel per la Chimica conferito nel 2017.

Ad oggi tale tecnica è disponibile in Italia solo nel Laboratorio di Crio-microscopia Elettronica del Centro di Ricerca Pediatrica Romeo ed Enrica Invernizzi presso il Dipartimento di Bioscienze dell’Università degli Studi di Milano, dove dal 2017 è installato un Talos Arctica 200 kV FEG, dotato di direct electron detector Falcon 3EC (ThermoFisher Scientific - FEI); lo strumento è accessibile per studi e indagini a laboratori di ricerca, interni ed esterni all'Ateneo, nell'ambito della biochimica, della biologia molecolare, della biofisica, della genetica, della virologia e dell'immunologia.