Gli oligomeri Aβ (AβO) sono aggregati neurotossici del peptide Aβ coinvolti nella patogenesi dell’Alzheimer. Mediante studi conformazionali su queste molecole, siamo interessati a comprendere i nuovi meccanismi patogenetici responsabili di questa malattia neurodegenerativa.
La malattia di Alzheimer è stata per molto tempo attribuita alla presenza combinata nel cervello umano di placche extracellulari di β-amiloide (Aβ) e di aggregati fibrillari intraneuronali della proteina tau. Negli ultimi anni però diversi studi hanno rivisitato questa ipotesi, focalizzando l’attenzione sugli oligomeri Aβ, ritenuti strettamente coinvolti nello sviluppo di questa malattia. Per questo motivo stiamo studiando diversi aspetti di queste strutture attraverso l’uso di piccoli frammenti di anticorpi, chiamati “nanobodies anti-AβO”, sviluppati in collaborazione con il gruppo Cattaneo. I nanobodies anti-AβO mostrano caratteristiche uniche di specificità nel riconoscimento della sequenza di Aβ e di selettività nel riconoscimento di conformazioni oligomeriche tossiche.

Il nostro team è coinvolto in tre linee di ricerca:

 

1. Studi sul cervello umano dell’Alzheimer

 

Attraverso tecniche di microscopia e biochimica stiamo analizzando dei campioni di cervelli umani ottenuti da pazienti affetti da Alzheimer per identificare nuove varianti strutturali patologiche di AβO ed epitopi conformazionali in diverse fasi della patologia e in diverse aree della corteccia cerebrale, oltre che in condizioni di comorbilità. Analizzando al microscopio confocale a super risoluzione sezioni di cervello marcate con “nanobodies” anti-AβO è possibile rilevare nuovi “pattern” di deposizione di AβO in gran parte complementari alle placche amiloidi extracellulari evidenziate con “coloranti” amiloidi generici o con specifici anticorpi anti-Aβ. Inoltre, è in corso anche la ingegnerizzazione molecolare di “nanobodies” per procedure di marcatura diretta.

 

2. Studi conformazionali in vitro:
verso l’identificazione di nuovi biomarcatori

 

Le analisi in vitro basate sull’utilizzo di anticorpi specifici sono essenziali per identificare in modo selettivo i diversi epitopi e sottotipi strutturali di AβO, oltre che per studiare i meccanismi attraverso i quali avviene il processo di oligomerizzazione di Aβ, ovvero la formazione degli oligomeri Aβ a partire da unità più piccole. Partendo da metodiche native usate per rivelare conformazioni di AβO sintetici e naturali, abbiamo recentemente realizzato nuove strategie di detection basate sui “nanobodies”, più sensibili e utili per l’analisi di marcatori presenti nei fluidi biologici. In particolare, stiamo utilizzando queste nuove strategie per migliorare le tecniche attuali per la diagnosi dell’Alzheimer convenzionalmente basate sui biomarcatori cerebrospinali Aβ42 e tau.

 

3. Gli oligomeri Aβ intracellulari nelle cellule umane

 

In questa linea di ricerca stiamo analizzando i meccanismi sub-cellulari coinvolti nella formazione, localizzazione e nella funzione di AβO endogeni in cellule primarie umane derivate da pazienti con Alzheimer e cellule staminali pluripotenti indotte riprogrammate ex vivo (iPSC), focalizzando l’attenzione sul ruolo del reticolo endoplasmatico. In particolare, stiamo utilizzando i “nanobodies” anti-AβO come strumenti per il “Conformational-Selective Interference” (CSI), un approccio pionieristico ideato in collaborazione con Antonino Cattaneo e basato sul targeting subcellulare di un intrabody conformazionale nelle cellule viventi e in vivo.

Un altro progetto sul quale stiamo lavorando è lo Human Brain Project, mirato allo sviluppo e utilizzo di “nanobodies” innovativi in grado di legare specifiche proteine coinvolte nel “signaling” trans-sinaptico (cioè neuroligine, neurexine, gefirina) per poterli utilizzare sia come strumenti per marcatura e microscopia nel cervello che come anticorpi intracellulari.

Selected Publications

 

Scopa C, Marrocco F, Latina V, Ruggeri F, Corvaglia V, La Regina F, Ammassari-Teule M, Middei S, Amadoro G, Meli G*, Scardigli R*, Cattaneo A* (2019) Impaired adult neurogenesis is an early event in Alzheimer’s disease neurodegeneration, mediated by intracellular Aβ oligomers. Cell Death Differ. doi:10.1038/s41418-019-0409-3 (*corresponding authors, equal contributors). PubMed Full Text

Meli G., Lecci A., Manca A., Krako N., Albertini V., Benussi L., Ghidoni R., Cattaneo A. (2014) Conformational targeting of intracellular Aβ oligomers demonstrates their pathological oligomerization inside the Endoplasmic Reticulum. Nature Communications 5:3867. doi: 10.1038/ncomms4867 PubMed Full Text

Meli G, Visintin M, Cannistraci I, Cattaneo, A. (2009) Direct in vivo intracellular selection of conformation sensitive antibody domains targeting Alzheimer’s Amyloid-β Oligomers J. of Molecular Biology, 387(3),584-606 PubMed