“La letteratura biologica/biochimica sui disordini dello spettro autistico si arricchisce continuamente e sembra proprio che in tutto il mondo ci sia un enorme interesse scientifico a risolvere il problema. Si aggiungono di continuo nuovi tasselli, e secondo me non siamo lontanissimi dalla soluzione del problema” Questo scrive il Professor Giorgio Lenaz accompagnando il resoconto di un articolo che cerca di ricavare, dai tanti contributi sparsi in letteratura, degli elementi unificanti utili per giungere a terapie dell’autismo mirate e innovative, evitando l’alternanza di illusioni e delusioni che si é avuta sino ad ora con approcci terapeutici privi di solide basi biologico/biochimiche. "Metabotropic functions of the NMDA receptor and an evolving rationale for exploring NR2A-selective positive allosteric modulators for the treatment of autism spectrum disorder. Burket JA, Deutsch SI. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2019 Mar 2;90:142-160" "Funzioni metabotropiche del recettore NMDA e basi logiche per esplorare modulatori allosterici positivi selettivi per la subunità NR2A del recettore nel trattamento dei disordini dello spettro autistico" Premessa Esistono diversi tipi di recettori per il glutammato, il principale neurotrasmettitore eccitatorio del sistema nervoso centrale; questi recettori si distinguono tra di loro per possedere agonisti specifici e distinti: così abbiamo recettori NMDA (che legano l’acido N-metil-D- aspartico), recettori AMPA (α-amino-3-idrossi-5-metil-4-isoxazolpropionato), recettori per acido kainico, pur essendo per tutti il glutammato il ligando fisiologico. Un’altra distinzione è tra recettori detti ionotropi (la cui stimolazione forma un canale che permette il passaggio di ioni) e metabotropici (la cui stimolazione evoca risposte metaboliche). Il recettore NMDA è considerato un recettore ionotropo, mentre tra i recettori AMPA ve ne è uno ionotropo e parecchi metabotropici. Il recettore AMPA ionotropo è un tipico canale che si apre fisiologicamente quando il glutammato è rilasciato dalla membrana presinaptica. Il recettore NMDA, invece, è un recettore molto particolare, in quanto non basta l’interazione col glutammato per aprirlo, ma occorre una contemporanea depolarizzazione della membrana post-sinaptica. Infatti il canale è normalmente tappato da uno ione Mg2+ che viene rimosso quando la membrana è depolarizzata. La depolarizzazione è provocata dall’apertura dei canali AMPA da parte del glutammato, con entrata di ioni Na+ che diminuiscono il potenziale negativo all’interno della membrana post-sinaptica. Il canale NMDA, aperto dalla contemporanea applicazione del glutammato e della depolarizzazione, ha la peculiarità di permettere il passaggio non solo di ioni Na+ e K+, ma anche di Ca2+ . Quest’ultimo, data la sua bassa concentrazione, non è in grado di modificare le proprietà elettriche della membrana, ma rappresenta un messaggero intracellulare che attiva diversi enzimi nel neurone post-sinaptico, tra cui una chinasi calcio-calmodulina dipendente che fosforila e attiva diverse proteine, portando ad un aumento del numero di recettori AMPA sulla membrana e potenziando la struttura della sinapsi interessata, che quindi viene favorita rispetto ad altre. E’ questa la base del cosiddetto potenziamento a lungo termine (long-term potentiation, LTP) che viene considerato il principio basilare della memoria e dell’apprendimento: una sinapsi stimolata con uno stimolo forte e ripetuto viene potenziata strutturalmente in modo che poi rappresenti un percorso preferenziale rispetto alle sinapsi non stimolate. Rispetto ad altri recettori ionotropi, il recettore NMDA è particolarmente complesso: è già una peculiarità che il passaggio del Ca2+ non è destinato a modificare proprietà elettriche, ma eventi metabolici. Inoltre il recettore, oltre al sito per il glutammato, ha siti allosterici per vari modulatori positivi e negativi, che aumentano o diminuiscono la conducibilità al Ca2+ . Tra i modulatori positivi fisiologici vi sono gli aminoacidi glicina e serina. Inoltre il recettore NMDA ha siti di fosforilazione (aggiunta di fosfato alla proteina tramite ATP) che dipendono dalla stimolazione di altri recettori metabotropici per il glutammato. Infine il recettore NMDA possiede di per sè effetti metabotropici che non dipendono dall’entrata dello ione Ca2+ , ma sembrano derivare direttamente dalla conformazione della proteina. Il recettore NMDA è formato da 4 subunità proteiche che concorrono a formare il canale ionico: 2 subunità dette NR1 (di cui esistono molte isoforme), che delimitano il sito di legame per i modulatori allosterici glicina e serina, e due subunità NR2, di cui esistono 4 tipi (NR2A, NR2B, NR2C, NR2D) e che delimitano il sito per il glutammato. La composizione del tetramero in base alle diverse subunità varia tra le diverse aree cerebrali e durante lo sviluppo. I recettori contenenti NR2A sono stati particolarmente studiati per la individuazione di nuovi modulatori allosterici capaci di stimolare la funzione del recettore. Osservazioni pertinenti allo spettro autistico Il comportamento sociale è in parte governato dal nucleo basolaterale dell’amigdala, che ha importanti connessioni col talamo, la corteccia frontale e l’ippocampo. Per il controllo dell’attività di questo nucleo sono fondamentali i neuroni GABAergici inibitori, che a loro volta sono messi in azione da stimoli eccitatori provenienti da neuroni glutammatergici di topo NR2A (in altre parole, paradossalmente, l’eccitazione dei neuroni NR2A stimola le proprietà inibitorie dei neuroni GABAergici). La inattivazione di questi neuroni determina l’inattivazione dei neuroni GABAergici da essi controllati, facendo prevalere l’effetto dei neuroni piramidali eccitatori. In molti modelli animali di autismo si assiste proprio a questa inattivazione che porterebbe a mancata elaborazione degli stimoli sociali nell’amigdala. [N.B. Il GABA (acido γ-aminobutirrico) è un neurotrasmettitore che interagisce con recettori detti GABA-A e GABA-B. I recettori GABA-A sono ionotropi e selettivi per lo ione Cl- per cui l’entrata di questo anione determina iper-polarizzazione della membrana e quindi inibizione dei potenziali post-sinaptici]. [N.B. Le osservazioni sono anche compatibili con il più volte osservato aumento del rapporto eccitazione / inibizione nella corteccia cerebrale dei soggetti ASD]. A conforto di queste osservazioni, innumerevoli studi hanno stabilito un rapporto tra trasmissione glutammatergica tramite i recettori NMDA e comportamento sociale Un cenno particolare merita la correlazione esistente tra recettori NMDA e la via di trasduzione mTOR (mechanistic Target Of Rapamycin, cioè bersaglio meccanicistico della rapamicina). La mTOR integra lo stimolo proveniente da agenti ormonali, inclusi insulina, fattori di crescita (come IGF-1 e IGF-2) e mitogeni. La mTOR inoltre percepisce anche i nutrienti cellulari, i livelli di energia e lo stato di ossidazione cellulare. La attivazione di questa via da parte di uno stato nutrizionale/energetico elevato porta a vari effetti che in genere conducono alla attivazione di vie anaboliche biosintetiche come la sintesi di lipidi e la sintesi proteica. L’attivazione delle proteine implicate nella via di segnalazione avviene tramite processi di fosforilazione di residui specifici di aminoacidi della proteina (cioè aggiunta di gruppi fosfato da parte dell’ATP, per cui la proteina cambia struttura e quindi funzione) La via mTOR è collegata e intrecciata con altre vie di segnalazione in modo complesso. Durante lo sviluppo embrionale la via mTOR gioca ruoli diversi a seconda del tipo di cellule, dello stadio di differenziamento e della funzione cellulare. La via mTOR è cruciale per lo sviluppo delle cellule staminali nervose sotto il controllo delle proteine TSC (TSC1 e TSC2). Una iper-attivazione di mTOR è stata riscontrata in aree cerebrali di soggetti ASD, soprattutto in alcune forme monogeniche come la sclerosi tuberosa (TSC). Come riassunto dal sottoscritto per un precedente lavoro (Cellule di Purkinje da pazienti di sclerosi tuberosa manifestano ipoeccitabilità e deficit sinaptici associati a livelli ridotti della proteina FMRP e aboliti dalla rapamicina. M. Sundberg et al, Harvard Medical School, Boston, MA, USA Han MJ, Woolf CJ, Hatten ME, Sahin M., Mol Psychiatry. 2018 Feb 15. doi: 10.1038/s41380-018-0018-4), anomalie cerebellari nella TSC sono legate allo sviluppo di ASD. Normalmente la corteccia cerebellare invia stimoli inibitori ai nuclei sottostanti, ma questa inibizione è perduta nei soggetti con TSC e ASD, suggerendo l’ipotesi che la mancata regolazione corticale porti allo sviluppo di ASD. In questa inibizione, che controlla il normale sviluppo e funzionamento del cervelletto, sono implicati i neuroni corticali NMDA. Pertanto questi neuroni corticali avrebbero la funzione di controllare e mantenere nei limiti fisiologici la via mTOR, e la loro inattivazione porterebbe a una incontrollata attivazione della via stessa con gravi ripercussioni sullo sviluppo neuronale. Dal punto di vista terapeutico, l’esistenza di siti allosterici sul recettore NMDA ha stimolato la ricerca di nuovi fattori che agiscano da modulatori positivi capaci di attivare i recettori NMDA poco attivi: questi nuovi modulatori potrebbero essere di notevole interesse come farmaci contro ASD. Tuttavia per ora non sono disponibili studi clinici al riguardo. Commento finale. La review di Burket e Deutsch è senz’altro stimolante e convoglia una enorme quantità di informazioni pertinenti al rapporto tra neuroni glutammatergici NMDA e ASD. Le informazioni sono a volte dirette, a volte indirette, e a volte sono illazioni e ipotesi non ancora sperimentate, a volte anche contraddittorie: tuttavia sembrano emergere in modo promettente due principali meccanismi, senza escludere altre possibilità. (1) A livello dell’amigdala i neuroni NMDA stimolano neuroni GABAergici inibitori, esercitando un controllo sul rapporto eccitazione / inibizione neuronale. La lesione dei recettori NMDA porterebbe a una prevalenza degli stimoli eccitatori provenienti dalla corteccia cerebrale. (2) A livello cerebellare i neuroni corticali NMDA esercitano un effetto metabotropo inibitorio sulla via mTOR. La lesione dei recettori NMDA porterebbe a una iperattività della via mTOR. [N.B. Questi rapporti sono stati studiati in un modello di cellule staminali cerebellari, ma diversi studi hanno dimostrato che la iperattivazione di mTOR in ASD è presente in molte aree cerebrali ed è stata riscontrata anche in cellule del sangue]. Gli studi riportati puntualizzano che lo stimolo primario per lo sviluppo del comportamento sociale è rappresentato da neuroni NMDA, attraverso vie multiple e complesse. E’ chiaro che una lesione in una qualsiasi delle proteine che si trovano tra stimolo primario ed effetto finale potrebbe portare a disturbi della socialità propri di ASD, e questo spiegherebbe la grande quantità di geni implicati. Giorgio Lenaz, Professore Emerito di Chimica Biologica, Universitá di Bologna Abbreviazione: ASD Autism Spectrum Disorder