Analisi dei livelli di DNA mitocondriale libero nei fluidi biologici come nuovo biomarcatore d’infiammazione nelle malattie neurologiche

Tra le malattie neurologiche rare la SLA e la NT1 coinvolgono entrambe il sistema nervoso centrale, sono malattie neuronali-specifiche che interessano la degenerazione di neuroni motori o la quiescenza di neuroni ipocretinergici, rispettivamente. In particolare, sono state proposte diverse ipotesi riguardanti il meccanismo patogenetico della SLA, tra cui un coinvolgimento dei mitocondri. Per la NT1 diversi studi hanno ipotizzato la perdita dei neuroni ipocretinergici (o il loro silenziamento epigenetico) dovuta ad un processo autoimmune. Studi epidemiologici hanno evidenziato che le infezioni delle vie aeree superiori possono determinare l’insorgenza della NT1. Inoltre, sia nei modelli animali che nei pazienti affetti da SLA si osserva un’alterazione della risposta immunitaria con aumento di citochine pro-infiammatorie. L’autoimmunità è definita da un'infiammazione autodiretta, con risposte aberranti del sistema immunitario adattativo/innato che portano alla rottura della tolleranza. Nella SLA e nella NT1, il sistema immunitario risulta coinvolto per una combinazione dei seguenti fattori: un'associazione con l'antigene leucocitario (HLA) specifico appartenente al complesso maggiore di istocompatibilità (HLA DRB5 nella SLA e HLA DQB1 nella NT1), presenza di autoanticorpi specifici nel siero e/o nel CSF e presenza di cellule immunocompetenti. In entrambe le patologie sono stati riportati sia l’esistenza di autoanticorpi che di linfociti T auto-reattivi indicando un coinvolgimento anche della risposta adattativa.

A seguito di stress cellulare, frammenti di mtDNA vengono rilasciati all'esterno della cellula e sembrano persistere nei fluidi biologici come ccf-mtDNA. Avendo l’mtDNA delle caratteristiche analoghe al genoma batterico, all’esterno dei mitocondri esso viene riconosciuto come DNA estraneo, attivando risposte immunitarie/infiammatorie che coinvolgono l’asse cGAS/STING, TLR9 e l’infiammosoma (NLRP3) partecipando a meccanismi molecolari di danno tissutale (DAMPs).

In particolare, in molti casi di SLA si osserva un accumulo citoplasmatico di TDP-43 che viene internalizzato nei mitocondri causando il rilascio di mtDNA attraverso i pori della membrana mitocondriale, con conseguente espressione di citochine infiammatorie e iper-regolazione del fattore nucleare kB. Interessante notare che alcune forme famigliari di SLA sono causate da espansioni dell’esanucleotide ripetuto GGGGCC nel promotore del gene C9orf72 che determinano l’aploinsufficienza. C9ORF72 è una proteina associata alla membrana interna mitocondriale che regola l'omeostasi energetica cellulare attraverso il controllo della fosforilazione ossidativa. Quindi, l’aploinsufficienza di C9orf72 provoca una compromissione della funzione mitocondriale; ha inoltre un ruolo nella regolazione dell’autofagia modulando l’attività del complesso ULK1/ATG1.
Recenti studi sulla NT1 hanno evidenziato un possibile silenziamento epigenetico dei neuroni ipocretinergici che sarebbe mediato da un’infezione virale con rilascio di citochine pro-infiammatorie nell'ipotalamo laterale. Nei pazienti NT1 infatti si rileva un aumento di TNFα nel siero e questo può innescare risposte INF-mediate anch’esse dipendenti da cGAS-STING. Infatti, il TNFα inibisce la mitofagia e stimola la fuoriuscita di mtDNA nel citoplasma.
Il ccf-mtDNA è stato precedentemente proposto come potenziale biomarcatore per diverse malattie neurologiche/neurodegenerative incluse SLA e NT1, soprattutto nelle fasi iniziali di malattia, e definisce una potenziale finestra terapeutica per queste patologie. Questo studio si pone l’obiettivo di quantificarne i livelli nel CSF e nel plasma di pazienti SLA e NT1, al fine di distinguere eventuali variazioni durante l’esordio e/o lo sviluppo della patologia relazionandole alla componente immunitaria e al monitoraggio dell’efficacia terapeutica.