Domare il proteoma della malattia di Huntington: la spettrometria di massa può fornire risposte

malattia di Huntington

La spettrometria di massa è emersa come un importante strumento analitico per ottenere una migliore comprensione dei meccanismi alla base della malattia di Huntington (HD), insieme alla maggiore disponibilità di modelli cellulari e animali della malattia. Questa recensione, pubblicata su Giornale della malattia di Huntington, riunisce e riassume i dati dei principali studi pubblicati sulla spettrometria di massa intrapresi nella ricerca sulla MH negli ultimi 20 anni, identificando importanti cambiamenti che si verificano nella MH. Gli autori incoraggiano i ricercatori a fare maggiore uso di questi studi per accelerare lo sviluppo di nuovi trattamenti.

La MH è una rara malattia neurodegenerativa causata dall'espressione aberrante della proteina Huntingtina (HTT) mutante contenente un tratto di poliglutammina espanso. La spettrometria di massa è una tecnica che esiste da oltre un secolo per misurare il rapporto massa-carica degli ioni, tuttavia, le proteine ​​in miscele complesse come i tessuti non sono state comunemente analizzate fino a quando non sono diventati disponibili metodi di ionizzazione più moderni.

Gli autori hanno spiegato la spettrometria di massa in termini comprensibili per la maggior parte dei biologi. Sebbene questi studi abbiano prodotto dati abbondanti e utili, i ricercatori nel campo della MH non erano a conoscenza di quanti studi del genere fossero stati eseguiti.

"Ci sono diversi vantaggi nell'usare la spettrometria di massa", ha spiegato Kimberly B. Kegel-Gleason, Ph.D., MassGeneral Institute for Neurodegenerative Disease (MIND), Department of Neurology, Massachusetts General Hospital, Charlestown, MA, USA. “In primo luogo, è obiettivo: gli scienziati non hanno bisogno di avere in mente un'idea preformata o proteine ​​candidate, il che libera l'esperimento dai nostri preconcetti e ci consente di identificare cambiamenti a cui potremmo non aver pensato. In secondo luogo, i recenti progressi nell'hardware hanno reso più facile rilevare molte proteine, comprese quelle a livelli molto bassi in un campione misto. Infine, i database di geni espansi forniti dal sequenziamento dell'intero genoma ora consentono un'accurata "annotazione" o identificazione delle proteine ​​di interesse".

L'HTT è ora noto per avere un'ampia varietà di modifiche post-traduzionali (PTM). All'inizio degli anni 2000, la spettrometria di massa è stata utilizzata per identificare Hap40 come parte del complesso proteico con HTT. È stato anche utilizzato per studiare la differenza nei proteomi wild-type e HD (un proteoma è l'insieme di proteine ​​espresse in un dato tipo di cellula, tessuto o organismo). A seguito di questo studio, molti altri ricercatori hanno eseguito studi sull'intero proteoma in modelli HD sia umani che murini. Molti ricercatori hanno compiuto un ulteriore passo avanti per studiare l'interattoma HTT (rete di interazione proteina-proteina) utilizzando la spettrometria di massa e hanno anche esaminato l'HTT stesso per identificare nuovi PTM.

Notevoli tra gli studi esaminati sono 15 studi sul proteoma che hanno cercato di determinare i cambiamenti nei livelli di espressione (ponendo la domanda "quante proteine ​​ci sono?") e cinque studi Interactome che hanno esaminato i cambiamenti nel modo in cui HTT interagisce con altre proteine ​​(ponendo la domanda " HTT interagisce più o meno con le proteine?'). Questi studi hanno confrontato il tessuto cerebrale di modelli animali e il tessuto autoptico di pazienti con MH rispetto ai controlli. È importante sottolineare che tre studi hanno utilizzato il fluido cerebrospinale dei controlli e dei pazienti con MH nel tentativo di identificare i biomarcatori per la progressione della malattia. Evidenziano anche quattro studi che hanno identificato modifiche post-traduzionali (marcatori molecolari) sulla proteina Huntingtina.

"Gli studi di spettrometria di massa top-down sulla proteina HTT stanno producendo informazioni estremamente interessanti sullo stato di fosforilazione e altre modifiche di HTT", ha osservato il coautore Connor Seeley, BS, Laboratory of Cellular Neurobiology, Department of Neurology, Massachusetts General Hospital, Charlestown, MA, USA. "La correlazione di queste proteoforme HTT con le funzioni dovrebbe essere fruttuosa nell'identificare meccanismi di patologia che possono essere presi di mira per l'intervento".

"Ad oggi, nonostante il gran numero di lavori pubblicati, non c'è stata una simile revisione completa incentrata sui risultati degli studi di spettrometria di massa HD", ha commentato il dott. Kegel-Gleason. “Un notevole investimento di dollari per la ricerca è stato utilizzato per ottenere questi dati importanti, ma spesso la comunità più ampia non sa come interpretare i risultati o non è a conoscenza di quanti dati esistono.

“Incoraggiamo i ricercatori a utilizzare questa risorsa di studi assemblati per ottimizzare la propria ricerca per accelerare la nostra identificazione dei trattamenti. Di particolare interesse è la convalida dei biomarcatori nel liquido cerebrospinale (CSF). I ricercatori sulla MH dovrebbero continuare a estrarre dati da questi lavori compilati per supportare le loro scoperte. Infine, sono necessari ulteriori studi che confrontino il controllo e il liquor HD per scoprire e sviluppare nuovi biomarcatori per applicazioni cliniche”.

La MH è una malattia neurodegenerativa genetica fatale che provoca la progressiva rottura delle cellule nervose nel cervello. Si stima che circa 250,000 persone negli Stati Uniti siano diagnosticate o a rischio per la malattia. I sintomi includono cambiamenti di personalità, sbalzi d'umore e depressione, dimenticanza e capacità di giudizio alterate, andatura instabile e movimenti involontari (corea). Ogni figlio di un genitore MH ha una probabilità del 50% di ereditare il gene. I pazienti di solito sopravvivono da 10 a 20 anni dopo la diagnosi.