Ruolo della proteina prionica sui flussi locali di Ca2+ in colture primarie di neuroni cerebellari wild-Type o privi della proteina prionica

The cellular prion protein, PrPC, is a membrane-bound glycoprotein abundantly expressed in neurons, and highly conserved among mammals. Its bad reputation originates from the discovery that, following a misfolding process, PrPC is converted into the pathogenic PrPSc isoform. PrPSc has novel physico-chemical and biologic properties, and is the main component of prions, the etiological agents of transmissible spongiform encephalopathies (TSE), which are fatal to both men and animals. Although much is known about the involvement of PrPSc in the onset of TSE, the mechanisms of PrPSc-mediated neurodegeneration and the physiologic function of PrPC are still obscure. Several lines of evidence have attributed to PrPC a plethora of different biologic potentials, possibly by taking part in the activation of signalling pathways. The most reasonable hypothesis for this multi-faceted behaviour is that its function includes an additional multi-potent factor capable of controlling several cell events. Our working hypothesis is that this factor is Ca2+, the pleiotropic carrier of signals that controls the balance between the life and death of the cell. In this work, we have probed the hypothesis by comparing, in primary cultures of cerebellar granule cells derived from wild-type and PrP-knockout mice, local Ca2+ movements, and the expression of major Ca2+-transporting systems. Measurements of Ca2+ fluxes have been accomplished by using recombinant aequorin, a Ca2+-sensitive photo-protein, genetically targeted to different cellular domains, i.e., the plasma membrane, the lumen of the endoplasmic reticulum and the matrix of mitochondria. We found that, with respect to the presence of the protein, the absence of PrPC causes alterations of local Ca2+ movements, and of the expression of channels and pumps selective for the ion. These results may thus allow to conclude that, given the clear intervention of PrPC in Ca2+ homeostasis, PrPC may be part of the cellular system(s) deputed to avoid the toxic accumulation of Ca2+ in the cell.

La proteina prionica cellulare, PrPC, è una glicoproteina di membrana conservata nei mammiferi ed espressa abbondantemente nei neuroni. A seguito di un processo di cambiamento conformazionale, la proteina si converte nell’isoforma patologica PrPSc che, caratterizzata da proprietà chimico-fisiche diverse da quelle della PrPC, costituisce il prione, l’agente eziologico delle encefalopatie spongiformi trasmissibili (EST) fatali sia per l’uomo che per gli altri animali. Sebbene sia ormai accertato il coinvolgimento della PrPSc nelle EST, il meccanismo attraverso cui la PrPSc causa neurodegenerazione e la funzione fisiologica di PrPC sono rimaste ignote. Riguardo alla biologia della PrPC, numerose evidenze sperimentali le hanno attribuito un numero elevato di ruoli, la maggior parte dei quali si esplicherebbe attraverso il coinvolgimento della proteina in multiple vie di segnalazione. Un’ipotesi che più si adatta a tale comportamento multi-sfaccettato, è che la funzione della PrPC si esplichi agendo su un fattore a sua volta multi-potente - in grado quindi di controllare numerosi eventi cellulari – qual’è, ad esempio, lo ione Ca2+. Il Ca2+ è infatti un trasportatore pleiotropico di segnali nella cellula, in grado di controllare eventi che vanno dalla sopravvivenza alla morte della cellula. In questo lavoro di tesi, abbiamo cercato di validare quest’ipotesi comparando, in colture primarie di neuroni granulari di cervelletto ottenuti da topi wild-type o privi di PrPC, sia i movimenti locali di Ca2+ sia l’espressione dei sistemi più importanti deputati all’omeostasi dello ione. Per misurare i flussi di Ca2+, abbiamo utilizzato la foto-proteina, Ca2+-sensibile, equorina, indirizzata a specifici comparti cellulari: la membrana plasmatica, il lume del reticolo endoplasmico e la matrice mitocondriale. Dai risultati ottenuti è emerso che, rispetto a quando è presente, l’assenza della PrPC è causa di alterazioni dei movimenti dello ione in questi domini, ma anche della diversa espressione di canali, o di pompe, per il Ca2+. Ciò permette di concludere che, a fronte del chiaro intervento sull’omeostasi del Ca2+, la PrPC sia un componente del sistema cellulare atto ad evitare l’accumulo tossico dello ione nella cellula.