Analisi del pathway di PERK e regolazione della biosintesi della serina in modelli cellulari depleti di PINK1

La Malattia di Parkinson è una condizione neurodegenerativa cronica e progressiva caratterizzata da morte precoce dei neuroni dopaminergici all’interno della substantia nigra pars compacta, oltre che dalla presenza diffusa di alfa sinucleina in forma di aggregati intracellulari. Le cause che portano allo sviluppo della patologia non sono ancora interamente comprese; si ritiene che questa sia correlata a un’intricata interazione tra fattori ambientali e genetici. Tra quest’ultimi, è stato osservato che mutazioni di PINK1 sono la seconda causa più frequente della forma autosomica recessiva di Malattia di Parkinson. Il gene codifica per una Ser/Thr chinasi che svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento dell’omeostasi mitocondriale, nella protezione da stress ossidativo, da neurotossine e da danni causati da aggregati intracellulari di proteine; tutti conosciuti come processi patologici coinvolti nelle malattie neurodegenerative. Inoltre, da studi recenti PINK1 risulta essere implicata anche in altre patologie, tra cui il cancro, dove questa proteina sembrerebbe favorire la proliferazione cellulare, la resistenza alla chemioterapia e l’invasività. Dall’analisi della letteratura è emersa una potenziale relazione tra il gene PINK1 e il pathway di biosintesi della serina. Questo amminoacido non essenziale, oltre ad essere utilizzato nella sintesi di proteine, occupa una posizione centrale nel metabolismo; da un lato viene usato per formare altri amminoacidi, tra cui la glicina, a sua volta necessaria per sintetizzare glutatione, dall’altro lato, attraverso il pathway noto come one carbon metabolism, è donatore di atomi di carbonio per la sintesi di numerosi metaboliti quali basi azotate, S-adenosilmetionina e sfingolipidi. Lo scopo del progetto di ricerca è stato indagare il ruolo di PINK1 nella regolazione del pathway biosintetico della serina (in particolare degli enzimi PHGDH, PSAT1 e PSPH) attraverso modelli cellulari depleti del gene. Un obiettivo aggiunto è stato verificare se le alterazioni riscontrate nel metabolismo di biosintesi della serina possano essere giustificate da un’attivazione dell’unfolded protein response, processo che la cellula attua in seguito a una condizione di stress del reticolo endoplasmatico, analizzando il pathway di PERK. Nei fibroblasti umani con varianti patogeniche in PINK1, nell’analisi dei livelli di trascritto e proteine, si riscontra una downregolazione dell’enzima PHGDH, a monte del pathway di biosintesi della serina; al contrario, viene over espresso il fattore di trascrizione ATF4 che si trova a valle del pathway di PERK. Nel modello SH-SY5YWT e PINK1 KO, i dati ottenuti riguardanti l’attivazione del metabolismo di PERK, sebbene non conclusivi, rappresentano un punto di partenza per la comprensione dell’interazione tra unfolded protein response e biosintesi della serina; in particolare è emerso che l’utilizzo della Tunicamicina può portare a riscontrare differenze tra le cellule WT e quelle prive del gene PINK1. Infine, le analisi svolte su cellule precursori neurali suggeriscono che la serina giochi un ruolo importante nel processo di neurogenesi e sviluppo dei prolungamenti cellulari tipici dei neuroni, quali assoni e dendriti.