Abstract:

Versione in italiano:

Nonostante indagini approfondite, l'eziologia e la patogenesi della malattia di Alzheimer (AD) sono ancora poco chiare. Le placche extracellulari di amiloide β (Aβ) e gli aggregati intracellulari di proteina tau iperfosforilata sono ritenuti i principali fattori causali dell'AD, spingendo così a un'accurata indagine sul loro ruolo, ma tale sforzo di ricerca ha generato una enorme quantità di dati senza risultati terapeutici. L'infiammazione è centrale nell'AD. L'identificazione di nuovi biomarcatori infiammatori e la chiarificazione del loro ruolo patogenetico potrebbe facilitare la diagnosi precoce dell'AD e promuovere la scoperta di farmaci.

L'infiammazione è innescata e amplificata dal rilascio di fattori di origine endogena (DAMPs, pattern molecolari associati al danno) o esogena (PAMPs, pattern molecolari associati a patogeni). Tra i DAMPs, un ruolo importante è svolto dall'ATP extracellulare (eATP). L'ATP extracellulare è presente in basse concentrazioni (nell'intervallo nanomolare) nei tessuti sani, ma raggiunge decine o addirittura centinaia di micromoli/litro in siti di trauma, tumore o infiammazione, inclusi i cervelli affetti da AD. In condizioni patologiche, l'eATP può fuoriuscire passivamente, a seguito di danno o morte cellulare, ma frequentemente viene rilasciato tramite canali e trasportatori della membrana plasmatica (PM), o esocitosi. Nello spazio extracellulare, l'eATP agisce come un agente pro-infiammatorio agendo sui recettori P2Y e P2X (il recettore P2X7, P2X7R, è il più frequentemente coinvolto nell'infiammazione), e come precursore dell'adenosina (ADO), un potente agente anti-infiammatorio, comportandosi così come un immunomodulatore versatile che promuove o attenua (via ADO) l'infiammazione. Pertanto, il P2X7R è sempre più considerato un ""checkpoint infiammatorio"", poiché la sua attivazione è una condizione fondamentale per l'accensione dell'infiammazione. Inoltre, il P2X7R è anche un condotto per il rilascio di eATP. L'attivazione del P2X7R può essere regolata modulando la concentrazione di eATP [eATP] mediante il targeting di vie di rilascio non lisi, come pannexine e connexine (o lo stesso P2X7R), o ecto-nucleotidasi della PM (CD39 e CD73).

La microglia, principale bersaglio di eATP nel cervello, ha un ruolo fondamentale nell'AD, non solo come cellula infiammatoria, ma anche come agente omeostatico, cruciale per il controllo dell'attività neuronale [7]. In questa proposta, indagheremo il ruolo svolto da eATP e microglia nella patogenesi dell'AD, basandoci sulle seguenti ipotesi: a) diversi agenti e insulti innescano l'infiammazione nel cervello (neuroinfiammazione) rilasciando eATP; b) eATP attiva i recettori P2Y e P2X della microglia; c) la microglia attivata perde la sua funzione omeostatica e rilascia molecole neurotossiche, tra cui Aβ; d) l'attività di CD39 e CD73 è downregolata nella glia attivata; e) i livelli di eATP sono aumentati e la generazione di ADO è inibita nel cervello AD; f) eATP sinergizza con Aβ sulla microglia principalmente tramite P2X7R per amplificare l'infiammazione e promuovere ulteriormente la disfunzione della microglia. Se la nostra ipotesi verrà verificata, il targeting di eATP/P2X7R potrebbe rappresentare un approccio innovativo per la terapia dell'AD.

English version:

Despite strenuous investigation, etiology and pathogenesis of Alzheimer’s disease (AD) are still unclear. Extracellular amyloid β (Aβ) plaques and intracellular aggregates of hyperphosphorylated tau protein are thought to be main causes of AD thus spurring a thorough investigation of their role, yet this research effort generated an enormous mass of data but no cures. Inflammation is central in AD. Identification of novel inflammatory biomarkers and clarification of their pathogenetic role might facilitate early diagnosis of AD and promote drug discovery.
Inflammation is ignited and amplified by release of factors of endogenous (DAMPs, damage-associated molecular patterns) or exogenous (PAMPs, pathogen-associated molecular patterns) origin. Among DAMPs, a major role is played by extracellular ATP (eATP). Extracellular ATP is present in low concentrations (nanomolar range) in healthy tissues, but reaches tens or even hundreds of micromoles/liter at sites of trauma, tumor or inflammation, AD brain included. In diseased conditions, eATP can leak passively, following cell injury or cell death, but frequently is released via as plasma membrane (PM) channels and transporters, or exocytosis. In the extracellular space, eATP acts as a pro-inflammatory agent acting at P2Y and P2X receptors (the P2X7 receptor, P2X7R, being most frequently involved in inflammation), and as a precursor of adenosine (ADO), a powerful anti-inflammatory agent, thus behaving as a versatile immunomodulator that promotes or dampens (via ADO) inflammation. Thus, P2X7R is increasingly considered an “inflammatory checkpoint” since its activation is a fundamental prerequisite for ignition of inflammation. Furthermore, the P2X7R is also a conduit for the release of eATP. Activation of the P2X7R can be tuned by modulating the eATP concentration [eATP] by targeting non-lytic release pathways, such as pannexins and connexins (or the P2X7R itself), or PM ecto-nucleotidases (CD39 and CD73).
Microglia, a main target of eATP in the brain, has a key role in AD, not only as an inflammatory cell type but also as a homeostatic agent, crucial for the control of neuronal activity.
In this proposal, we will investigate the role played by eATP and microglia in the pathogenesis of AD based on the following hypotheses: a) different agents and insults ignite inflammation in the brain (neuroinflammation) by releasing eATP; b) eATP activates microglia P2Y and P2X receptors; c) activated microglia loses its homeostatic function and releases neurotoxic molecules, among which Aβ; d) CD39 and CD73 activity is downregulated in activated glia; e) eATP levels are increased and ADO generation is inhibited in the AD brain; f) eATP synergizes with Aβ at microglia mainly via P2X7R to amplify inflammation and further promote microglia dysfunction. Should our hypothesis be verified, eATP/P2X7R targeting might be an innovative approach for AD therapy.

Contatti: paola.pizzo@unipd.it