Neuronal ABHD6 Exacerbates Ischemic Brain Injury Through 2-AG Depletion and DDIT3/BNIP3-Dependent Autophagy Dysregulation

Ogni anno, milioni di persone soffrono di ictus ischemico, una condizione in cui un'ostruzione interrompe l'apporto di sangue al cervello. Senza sangue, le cellule cerebrali vengono private di ossigeno e iniziano a morire, portando a paralisi, difficoltà di linguaggio e, talvolta, alla morte. Sebbene i medici possano talvolta rimuovere l'ostruzione, il danno che ne consegue è spesso permanente e esistono pochissimi trattamenti disponibili per proteggere le cellule cerebrali stesse durante questa crisi. Gli scienziati sanno da tempo che il cervello possiede un proprio sistema di difesa interno, una rete chimica che aiuta a calmare l'infiammazione e a impedire la morte cellulare quando sono sotto stress. Una parte chiave di questo sistema è una molecola grassa chiamata 2-arachidonoilglicerolo, o 2-AG per brevità. Questa molecola agisce come un segnale di sicurezza; quando le cellule cerebrali vengono danneggiate, rilasciano 2-AG per dire alle cellule vicine di rallentare e proteggersi. Tuttavia, affinché questo segnale funzioni correttamente, deve essere rilasciato e poi rimosso al momento giusto. Se permane troppo a lungo, smette di funzionare, ma se viene distrutto troppo velocemente, la protezione svanisce prima di poter essere d'aiuto.

Un team di ricercatori dell'Ospedale Xijing e dell'Università Medica di Fujian, in Cina, ha scoperto un nuovo tassello di questo puzzle. Hanno scoperto che dopo un ictus, un enzima specifico nel cervello chiamato ABHD6 diventa iperattivo. Questo enzima agisce come un paio di forbici molecolari che tagliano il segnale protettivo 2-AG. Distruggendo questo segnale troppo velocemente, l'enzima lascia il cervello vulnerabile al danno. Ma i ricercatori hanno scoperto qualcosa di ancora più sorprendente: questo stesso enzima non si limita a distruggere il segnale chimico, ma disattiva anche un vitale processo di pulizia cellulare chiamato autofagia. L'autofagia è il modo in cui le cellule riciclano le proprie parti danneggiate per rimanere sane. Quando l'ABHD6 è attivo, blocca questo riciclo, causando l'accumulo di rifiuti all'interno della cellula e portandola infine alla morte. Lo studio suggerisce che se gli scienziati riuscissero a impedire a questo enzima di agire, potrebbero salvare le cellule cerebrali dopo un ictus mantenendo in vita il segnale protettivo e permettendo alle cellule di pulire i propri danni.

Per capire cosa stesse accadendo, gli scienziati hanno prima osservato cosa accade nel cervello durante un ictus. Hanno creato un modello di ictus nei topi bloccando temporaneamente l'arteria principale che rifornisce di sangue il cervello, imitando l'evento umano. Hanno anche fatto crescere cellule cerebrali in una capsula, privandole di ossigeno e glucosio per vedere come reagivano in un ambiente controllato. Sia nei topi vivi che nelle cellule coltivate in laboratorio, hanno osservato che i livelli dell'enzima ABHD6 aumentavano drasticamente poco dopo l'infortunio. Non solo la quantità dell'enzima aumentava, ma anche la sua attività accelerava, il che significa che stava tagliando le molecole protettive di 2-AG molto più velocemente del normale. Questa rapida distruzione del segnale di sicurezza significava che il sistema di difesa naturale del cervello veniva spento proprio quando era più necessario.

Il team ha poi testato se bloccare questo enzima potesse aiutare. Hanno utilizzato un farmaco chiamato WWL70, progettato per bloccare l'ABHD6, e lo hanno applicato ai topi e alle cellule cerebrali. Quando l'enzima veniva bloccato, i livelli del segnale protettivo 2-AG rimanevano elevati. Le cellule cerebrali trattate con il farmaco sopravvivevano molto meglio di quelle non trattate. Nei topi, l'area del cervello morta a causa dell'ictus era significativamente più piccola e gli animali mostravano un recupero molto migliore nel movimento e nella coordinazione. Potevano camminare meglio, mantenere l'equilibrio più facilmente e mostravano meno comportamenti simili all'ansia, comuni dopo un trauma cerebrale. Per dimostrare che questa protezione derivasse specificamente dal segnale 2-AG, i ricercatori hanno aggiunto una sostanza chimica che blocca i recettori del segnale. Facendo questo, i benefici del farmaco sono scomparsi, confermando che l'enzima stava danneggiando il cervello distruggendo questa specifica molecola protettiva.

Tuttavia, la storia non finiva con il solo segnale chimico. I ricercatori volevano sapere se l'ABHD6 stesse facendo altro per danneggiare le cellule. Hanno analizzato i geni all'interno delle cellule cerebrali per vedere come l'enzima ne stesse cambiando il comportamento. Hanno scoperto che quando l'ABHD6 è attivo, sopprime una specifica via che coinvolge due proteine chiamate DDIT3 e BNIP3. Queste proteine sono note per essere i trigger dell'autofagia, il sistema di riciclo interno della cellula. Quando l'enzima è presente, mantiene questi trigger spenti. Di conseguenza, le cellule non riescono a eliminare le loro parti danneggiate. Sotto un microscopio potente, gli scienziati hanno visto che le cellule con ABHD6 attivo erano piene di scarti e prive dei piccoli contenitori di riciclo che le cellule sane usano per pulirsi. Quando hanno bloccato l'enzima, il sistema di riciclo si è riattivato, i rifiuti sono stati eliminati e le cellule sono sopravvissute all'infortunio in modo molto più efficace.

Per essere certi che ciò stesse accadendo in un cervello vivente, gli scienziati hanno utilizzato topi ingegnerizzati geneticamente per essere privi dell'enzima ABHD6. Questi topi, che non potevano produrre affatto l'enzima, si sono comportati molto meglio dei topi normali dopo un ictus. I loro cervelli mostravano livelli più alti del segnale protettivo e un sistema di riciclo molto più attivo. Le loro cellule cerebrali erano più pulite e il danno era molto meno grave. Ciò ha confermato che l'enzima stesso era il problema, e non solo un effetto collaterale dell'infortunio. Lo studio ha anche escluso altre possibilità, come l'idea che l'enzima aiutasse il cervello decomponendo altri grassi o che i benefici derivassero da una riduzione generale dell'infiammazione. La protezione era specificamente legata al ruolo dell'enzima nella distruzione del segnale 2-AG e nel blocco della via di riciclo.

Le scoperte offrono un nuovo modo di pensare al trattamento dell'ictus. Per anni, gli scienziati hanno cercato di potenziare le difese naturali del cervello bloccando il principale enzima che decompone il segnale protettivo. Tuttavia, quel principale enzima si trova ovunque nel cervello e bloccarlo completamente può causare effetti collaterali come rendere gli animali troppo assonnati o iperattivi. L'enzima studiato da questo team, l'ABHD6, si trova in un punto molto specifico, proprio accanto a dove il segnale viene prodotto. Poiché lavora in una posizione così precisa, bloccarlo potrebbe consentire ai medici di proteggere il cervello senza causare i problemi sistemici visti con altri trattamenti. La ricerca suggerisce che colpire questo enzima specifico potrebbe ripristinare la capacità del cervello di proteggersi e di pulire i propri danni, offrendo una strategia più precisa ed efficace per salvare il tessuto cerebrale dopo un ictus. Sebbene sia necessario ulteriore lavoro per vedere se questo approccio funzioni negli esseri umani, lo studio fornisce una mappa chiara di come un singolo enzima possa spostare l'equilibrio tra la vita e la morte per le cellule cerebrali durante una crisi.