Quantitative characterization of PP2A-derived peptides modulating the LRRK2:PP2A protein-protein interaction

La malattia di Parkinson è una condizione progressiva che erode lentamente la capacità del cervello di controllare il movimento, colpendo milioni di persone in tutto il mondo. Attualmente, non esiste alcun trattamento in grado di fermare o invertire il corso della malattia; le terapie esistenti si limitano a gestire i sintomi. Un indizio fondamentale per comprendere cosa vada storto risiede in una proteina chiamata LRRK2. In molti casi di Parkinson, questa proteina diventa iperattiva, guidando la morte delle cellule cerebrali. L'attività di LRRK2 è controllata da un interruttore chimico: quando determinate parti della proteina vengono marcate con gruppi fosfato, essa rimane calma e nel posto corretto all'interno della cellula. Quando questi marchi vengono rimossi, la proteina diventa iperattiva e si sposta in posizioni pericolose. Il macchinario cellulare responsabile della rimozione di questi marchi è un gruppo di enzimi noti come fosfatasi, nello specifico un team chiamato PP2A. Se gli scienziati riuscissero a impedire a PP2A di interagire con LRRK2, potrebbero essere in grado di mantenere in posizione i fosfati protettivi, potenzialmente rallentando la malattia. Tuttavia, spegnere semplicemente PP2A è troppo pericoloso perché essa è essenziale per molte altre funzioni sane del corpo. La sfida è trovare un modo per bloccare solo la specifica stretta di mano tra LRRK2 e PP2A senza disturbare il resto della cellula.

I ricercatori dell'Università di Lille, in Francia, hanno compiuto un passo significativo verso la risoluzione di questo problema identificando e testando minuscole parti della proteina PP2A che fungono da esche. Il team si è concentrato su due specifiche catene corte di amminoacidi, che sono i mattoni delle proteine, derivanti dall'enzima PP2A. Volevano vedere se queste piccole catene potessero legarsi a LRRK2 e impedire all'enzima PP2A completo di attaccarsi ad essa. Utilizzando una tecnica sensibile che misura quanto strettamente le molecole si uniscano, gli scienziati hanno scoperto che queste catene peptidiche si legano effettivamente a LRRK2. Una delle catene, chiamata HT16, si è attaccata con una forza tale da suggerire che possa essere uno strumento utile per lo sviluppo di farmaci, mentre l'altra, QA16, si legava più debolmente da sola.

La scoperta più sorprendente è avvenuta quando i ricercatori hanno testato cosa accadeva quando entrambe le catene erano presenti contemporaneamente. Invece di sommare semplicemente i loro effetti individuali, le due catene hanno lavorato in modo cooperativo. Quando entrambe sono state mescolate con LRRK2, la forza di legame della coppia è aumentata drasticamente, diventando sette volte più forte rispetto a quando ciascuna veniva testata singolarmente. Ciò suggerisce che le due catene si aggancino a due punti diversi della proteina LRRK2 e che, quando una è attaccata, essa modifichi la forma della proteina in un modo che rende molto più facile l'attacco della seconda catena. Questo comportamento cooperativo suggerisce che i due punti siano vicini tra loro e si influenzino a vicenda, una caratteristica che potrebbe essere sfruttata per progettare inibitori molto più potenti in futuro.

Per vedere se queste scoperte reggevano in un ambiente vivente, il team si è spostato dai tubi da prova alle cellule umane coltivate in laboratorio. Hanno introdotto le catene peptidiche in queste cellule e osservato se potevano interrompere la naturale associazione tra LRRK2 e PP2A. I risultati hanno mostrato che la catena QA16 era particolarmente efficace, riuscendo ad allontanare l'enzima PP2A da LRRK2 in circa la metà dei casi. La catena HT16, pur legandosi bene nel tubo da prova, non ha mostrato la stessa capacità di rompere il complesso all'interno della cellula quando utilizzata da sola. Tuttavia, quando i ricercatori hanno esaminato il codice genetico dell'enzima PP2A per prevedere esattamente dove si posizionano queste catene, hanno scoperto che le due catene si trovano sulla superficie della proteina in un modo che le rende accessibili per l'interazione. Modificando leggermente la struttura della proteina PP2A, gli scienziati hanno confermato che punti specifici della proteina sono critici per questo legame, convalidando l'idea che queste piccole catene siano effettivamente la chiave per la connessione.

Lo studio ha anche esplorato se queste catene peptidiche potessero prevenire la perdita dei fosfati protettivi su LRRK2. Nelle cellule, i ricercatori hanno utilizzato un farmaco per forzare la rimozione di questi marchi, simulando le condizioni osservate nella malattia di Parkinson. Sebbene i peptidi non abbiano completamente fermato questo processo nelle specifiche condizioni testate, uno di essi ha mostrato una tendenza a mantenere i marchi presenti quando le cellule erano a riposo. Ciò suggerisce che, sebbene i peptidi non siano ancora una cura completa, hanno il potenziale per preservare lo stato sano della proteina. I ricercatori hanno utilizzato modelli informatici avanzati per visualizzare come le proteine potrebbero incastrarsi, identificando atomi specifici sull'enzima PP2A che agiscono come punti caldi (hotspots) per l'interazione. Hanno confermato queste previsioni alterando quegli atomi specifici e osservando l'indebolimento della connessione, dimostrando che i loro modelli informatici erano abbastanza accurati da guidare gli esperimenti nel mondo reale.

Questo lavoro fornisce la prima mappa dettagliata e quantitativa di come l'enzima PP2A si agganci a LRRK2. Va oltre il semplice sapere che le due proteine interagiscono, arrivando a comprendere esattamente quali parti delle proteine si toccano e quanto sia forte quel tocco. La scoperta che due piccole catene possono lavorare insieme per legarsi molto più strettamente offre una nuova strategia per la progettazione di farmaci. Invece di cercare di costruire una singola molecola che blocchi l'intera interazione, gli scienziati potrebbero essere in grado di creare una singola molecola più grande che combini le caratteristiche di entrambe le catene per agganciarsi a LRRK2 con estrema precisione. Sebbene questi peptidi non siano ancora un trattamento per i pazienti, essi fungono da potenti strumenti molecolari. Essi dimostrano che è possibile colpire questa specifica interazione senza spegnere l'intero sistema PP2A, aprendo una via chiara per lo sviluppo di terapie che possano tenere sotto controllo LRRK2 e proteggere il cervello dagli effetti devastanti della malattia di Parkinson.