NGF

Presente e futuro.

Di Nannetti Eleonora CTF ordinamento 509 per “basi biochimiche dell’azione dei farmaci”.

La Levi Montalcini nel suo laboratorio.

Rita Levi Montalcini con i premi Nobel 1986 (Ansa)

Rita Levi Montalcini riceve il Nobel per la medicina dal re Carlo Gustavo di Svezia a Stoccolma il 10 dicembre 1986 (Ansa)

L’NGF è una proteina segnale endogena nell’uomo che stimola la crescita,il mantenimento e la sopravvivenza dei neuroni del SNC. Indirizza e regola la crescita degli assoni,tramite meccanismi di segnalazione cellulare ed è inoltre prodotta nei momenti rigenerativi.

Solitamente la letteratura scientifica fa riferimento all’NGF murino per descriverne la

struttura,dal momento che le ghiandole sottomandibolari di topo sono state

ampiamente usate come sorgente per la purificazione dell’NGF.

L’NGF rilasciato dal tessuto ghiandolare e poi purificato,è un complesso molecolare

costituito da 2 subunità α,2β e 2ϒ di 140 KD.

La subunità β rappresenta la forma attiva dell’NGF; la ϒ è un’arginina peptidasi .

Il ruolo della subunità α non è stato ancora completamente chiarito.

In particolare la β è costituita da due catene polipeptidiche identiche di 118 a.a.(Bocchini e

Angeletti 1969).Ogni singola catena è stabilizzata da tre ponti disolfuro(legame covalente),mentre le forze di legame non covalente garantiscono la formazione della struttura dimerica (Angeletti e Bradshaw,1971).Le due catene della subunità β vengono sintetizzate a

partire da un precursore di più grande dimensioni ,detto pro-NGF,che viene trasformato nel dimero

attivo attraverso l’azione proteasica della subunità ϒ.Le ϒ,una volta svolta la loro attività

proteasica,restano legate al dimero βNGF al quale si aggiungono anche le subunità α.

In tal modo si origina un complesso molecolare capace di proteggere il βNGF da ulteriori azioni

proteolitiche indesiderate(Greene e Shooter,1980).

Di recente la struttura del βNGF è stata ulteriormente chiarita

mediante analisi cristallografica.Questa analisi ha rilevato la

presenza di 3 coppie anti-parallele di filamenti ,con struttura

secondaria di tipo β,in grado di formare una superficie piana lungo la quale si associano le 2 catene per

dare il dimero attivo(Macdonald1991). Inoltre su tali catene del

βNGF si è evidenziata la presenza di 4 regioni “loop” in cui sono

localizzati molti a.a. variabili ai quali probabilmente è legata la specificità

di riconoscimento da parte del recettore(Ebendal,1992;Macdonald,

1991).

L’NGF ha la proprietà di indurre l’allungamento delle fibre nervose e di orientarne la crescita verso gli organi bersaglio ,sembra agire nel di indirizzo

dello sviluppo e della rigenerazione degli assoni (neurotropismo).L’effetto trofico e di supporto ai neuroni e alle loro connessioni avviene solo dopo lo

stabilirsi delle innervazioni.

Tale proprietà è stata verificata durante lo sviluppo dei neuroni del sistema simpatico che innerva i visceri ed è preposto alle funzioni vegetative.

L’NGF,liberato dalle cellule bersaglio,raggiunge un recettore specifico(tirosin-chinasico) posto sulla superficie del neurone simpatico in accrescimento provocando un potenziamento delle reazioni metaboliche all’interno del

neurone stesso e innesca l’assemblaggio dei dimeri di actina e di tubulinache formano il citoscheletro della cellula,del suo assone e in particolare del suo cono di crescita cioè di quella struttura situata all’estremità dell’assone

al cui livello si verifica l’accrescimento.E’ dotato di micropunte,sporgenze mobili che saggiano l’ambiente e si

dirigono verso il bersaglio.

L’NGF è un fattore di crescita nervoso che media recettori ad

attività tirosin-chinasica.

Quando la crescita della fibra è completata e si sono instaurate le connessioni sinaptiche con il bersaglio,quest’ultimo continua a produrre e a

fornire NGF;il fattore risale lungo l’assone(trasporto assonale retrogrado)fino al

corpo cellulare ,svolgendo una funzione trofica determinante per il mantenimento in vita del neurone. Non ha tuttavia effetto trofico sui motoneuroni. Nel caso dovesse intervenire

una interruzione lungo la fibra (chirurgica o di altra natura),l’afflusso di NGF si bloccherebbe e si instaurerebbe la degenerazione della cellula

nervosa.

Ganglio di pollo con e senza NGF

Fibre nervose in rigenerazione NGF-indotta.

L’NGF è importante nello sviluppo e nel mantenimento dei neuroni sensitivi

derivati dalla cresta neurale e simpatica,sia in vitro che in vivo.

Inoltre,esso esalta la funzione neuronale colinergica nel ratto e nell’uomo.

I livelli di NGF sono massimi nell’ippocampo,nella corteccia,nel nucleo

basale(cioè nelle aree bersaglio e nelle aree di origine dei neuroni ascendenti

colinergici della zona anteriore dell’encefalo)e minimi nel tratto ottico ,nel cervelletto e nel midollo(cioè in aree che

non ricevono un input dai neuroni colinergici del cervello anteriore).

E’ stato ipotizzato un coinvolgimento del NGF nella patogenesi del morbo di

Alzheimer,nella SLA e morbo di Parkinson e quindi anche un suo

impiego terapeutico ,ma ulteriori studi sono necessari per stabilire il ruolo

esatto del fattore nei processi neurodegenerativi e per sviluppare un prodotto farmacologicamente attivo a

livello cerebrale.

In futuro potrebbe guarire da diabete,cancro,Parkinson,Alzheimer,SL

A e AIDS.

Tuttavia…. …. ….

… … i primi usi pratici sono stati rivolti alla cornea,uno dei tessuti con più alta densità nervosa del corpo umano,e i risultati sono stati eccellenti:

grazie all’inoculazione di NGF,i pazienti che soffrivano di lesioni corneali hanno dimostrato un alto tasso di riassorbimento dei fori e degli strappi.

Questi danni altrimenti incurabili venivano così riparati in breve tempo: al massimo in due mesi gli

strappi erano ricuciti.

1.Cicatrice corneale in cheratocono avanzato. 2. danno corneale riparato con NGF.

Degenerazione di lesioni non curate

Spesso i pazienti avevano quasi perso la vista(a volte anche l’intero occhio) a causa dell’opacità della

cornea,e in molti di questi casi l’hanno recuperata pienamente.

Sempre in ambito oculistico,un’altra speranza è quella di riuscire a guarire anche le patologie del

nervo ottico,e in particolare il glaucoma.La difficoltà pratica è maggiore perché il nervo ottico è più nascosto e bisognerebbe intervenire nel punto esatto dove si produce il glaucoma,cioè dove il nervo

ottico si innesta nel bulbo oculare.Una volta superati questi problemi si pensa che

l’efficacia dell’NGF nella rigenerazione delle fibre nervose sarà paragonabile a quella dimostrata sulla

cornea:gli esperimenti effettuati sugli animali in laboratorio hanno dato risultati incoraggianti in

questo senso.

Glaucoma bilaterale congenito

L’azione cicatrizzante nel caso delle lesioni corneali ha indirizzato gli studi su possibili effetti analoghi su altri tessuti:in particolare si è dimostrata la sua efficacia nella cicatrizzazione delle ulcere da decubito e di quelle causate dall’artrite reumatoide e dalla vasculite.

Ulcera da decubito

Ulcera da vasculite

La casa farmaceutica Dompè ha recentemente avviato trial clinici e garantisce,presso il proprio Centro di Ricerca e Sviluppo dell’Aquila,la produzione biotecnologica di un farmaco a base di NGF umano ricombinante(rhNGF)potenzialmente in grado di offrire ai pazienti da alcune malattie oculari(cheratite neurotrofica e retinite pigmentosa)la prima risposta terapeutica innovativa ed efficace.Il trattamento con rhNGF,somministrato in collirio,punta a ristabilire l’innervazione dell’area corneale che è stata compromessa dalla malattia e a consentire un recupero della funzione visiva.Per il suo innovativo meccanismo d’azione,rhNGFpotrà in futuro trovare spazio anche in altre forme di neuropatie ottiche ,condizioni patologiche che possono condurre alla perdita della vista e sono caratterizzate da danni al nervo ottico,il quale ha il compito di trasferire le informazioni dalla retina al cervello.

Nell’ambito del percorso di sviluppo clinico di rhNGF,Dompè sostiene lo studio di fase I e II per il trattamento della cheratite neurotrofica denominato REPARO,il primo studio clinico internazionale sviluppato per testare l’efficacia e la sicurezza dell’rhNGF in collirio.Lo studio randomizzato in doppio cieco controllato col placebo coinvolge 39 centri in 9 paesi europei.In questo studio clinico sono coinvolti pazienti adulti affetti da cheratite neurotrofica monolaterale con lesioni corneali di grado 2(difetto epiteliale persistente)o di grado 3(ulcera corneale).Saranno inclusi nello studio pazienti che non hanno risposto ai trattamenti medici attualmente disponibili.Il periodo di trattamento previsto è di 8 settimane,con un periodo di follow-up di un anno.

cheratite pigmentosa

Ulcera cronica

Per quanto riguarda la retinite pigmentosa,alcuni studi preliminari hanno indicato la possibilità d’impiego di NGF per il trattamento della patologia;la somministrazione del fattore di crescita ha dimostrato la sua efficacia nel ritardare la degenerazione retinica in diversi modelli animale.Recentemente,sulla base di queste osservazioni,è stata annunciata la designazione di farmaco orfano per rhNGF nella terapia della retinite pigmentosa da parte della statunitense Food and DrugAdministration(FDA) e della EuropeanMedicine Agency(EMA).Nel dicembre 2013 è stato avviato lo studio LUMOS,uno studio clinico multicentrico di fase Ib e II per valutare efficacia e sicurezza di rhNGFin questa patologia.

Pigmentazione della retina

Visione di un soggetto affetto da retinite pigmentosa

Come abbiamo già accennato l’uso clinico dell’NGF sembra particolarmente promettente per altre malattie legate al sistema nervoso,e in primo luogo Alzheimer

e Parkinson,schizofrenia e sclerosi multipla.Per quanto riguarda l’Alzheimer la ricerca è progredita e l’NGF è stato sperimentato

con successo sui topi:la prossima meta è la realizzazione di un farmaco a base di NGF che aiuti la stabilizzazione della memoria.

Recentemente sono iniziati studi anche in ambito pediatrico e alcuni bambini che avevano riportato lesioni in seguito a ischemie hanno recuperato parte delle facoltà

compromesse grazie a iniezioni di NGF.

Studi condotti dalla fondazione EBRI hanno fatto luce su alcuni processi biochimici implicati nella patogenesi del morbo di Alzheimer e hanno posto nuovi quesiti e obiettivi di ricerca.

L’ AD è dovuta principalmente all’alterato metabolismo di 2 proteine:la proteina precursore dell’amiloide(APP)e la proteina tau.Il metabolismo fisiologico di APP porta alla

formazione della α-APP importante nello sviluppo del cervello e nell’adulto. La proteina tau svolge un ruolo fondamentale nell’assemblaggio e nella funzione dei microtubuli che, a loro volta, giocano attività multiple e fondamentali nelle cellule nervose.Quando, per cause diverse, il metabolismo di APPviene ad essere alterato, la proteina viene convertita in β-APP e in alcuni peptidi tossici per le cellule nervose e quelle circostanti. Contemporaneamente, la proteina tau va incontro a processi di fosforilazioni anomale e viene demolita da specifiche proteasi che provocano il suo distacco dai microtubuli.

Il collasso dei microtubuli, a sua volta, provoca la progressiva perdita delle loro funzioni intracellulari e la

morte dei neuroni per apoptosi. I peptidi di amiloide che originano dall’APP si aggregano a formare le

placche senili (SP) per la prima volta descritte dal neuropatologo Alois Alzheimer, mentre i frammenti ditau si aggregano a formare gli aggregati neuro fibrillari

(NFT).

Il gruppo di lavoro della EBRI ha ipotizzato che una di queste cause sia la mancata

disponibilità del nerve growth factor(NGF) ai neuroni colinergici che sono fra i

primi ad essere colpiti nel AD perché studi hanno dimostrato che la sottrazione di

NGF a cellule bersaglio come quelle presenti nella corteccia cerebrale,

nell’ippocampo o in gangli sensoriali o simpatici, provoca una serie di eventi intracellulari che sono in tutto simili a

quelli che si verificano nelle fasi iniziali del AD. Questo insieme di eventi è stato definito una “sindrome molecolare

Alzheimer simile”.

Per rimozione di NGF la proteina APP viene metabolizzata lungo la cosiddetta via amiloidogenicacon produzione di peptidi amiloidi ed altri eventi molecolari simili a quanto descritto in modelli animali del AD. La cascata di eventi amiloidogenici, a sua volta, è seguita da fosforilazioni anomale di tau e dal suo processa mento con produzione di un frammento di 22 KdA che si localizza principalmente nei mitocondri sinaptici e ne impedisce la normale funzione energetica. Questo frammento si trova fortemente aumentato anche nel liquor di pazienti colpiti da AD e i laboratori della EBRI stanno producendo un anticorpo monoclonale per un suo impiego eventualmente diagnostico del AD.

Studi clinici resi noti su PubMed nell’ottobre 2014 ci dimostrano come gli studi su NGF siano attivi,vitali e agiscano su un largo spettro d’azione. Studio n°1:

A volte il blocco dell’NGF nella fase iniziale dello sviluppo del cancro delle ossa attenua la distruzione ossea e aumenta l'uso degli arti. McCaffrey G1, Thompson ML2, Majuta L2, Fealk MN2, Chartier S2, Longo G2, Mantyh

Studi condotti su animali ed esseri umani mostrano che il blocco del fattore di crescita nervoso (NGF) attenua sia il dolore scheletrico maligno e non maligno. Mentre sappiamo già che la riduzione del dolore è importante, una domanda senza risposta è soprattutto sugli altri benefici che il blocco dell’ NGF potrebbe conferire nei pazienti con tumore osseo. Utilizzando un modello murino di trapianto del sarcoma osseo, abbiamo dimostrato che il trattamento precoce con un anticorpo NGF ha ridotto distruzione ossea indotta da tumore, ha ritardato il momento di frattura ossea, ed aumentato l'uso dell'arto con il tumorecuscinetto . In accordo con gli studi sugli animali in osteoartrite a testa e collo, il blocco precoce di NGF riduce la perdita di peso nei topi affetti da sarcoma osseo. In termini di portata e naturalmente il tempo di sollievo dal dolore,il blocco di NGF ha anche ridotto il dolore del 40-70% a seconda del caso valutato. È importante sottolineare che questo effetto analgesico è stato mantenuto anche negli animali con malattia in fase tardiva. I nostri risultati suggeriscono che il blocco di NGF immediatamente dopo il rilevamento di metastasi del tumore alle ossa può contribuire a preservare l'integrità e l'uso, ritardare il momento di frattura ossea indotta da tumore, e mantenere il peso corporeo.

2014 Oct 6. pii: canres.1220.2014

Studio n°2 :Ruolo del fattore di crescita nervoso e del suo recettore TRKA nella normale angiogenesi ovarica

e in quella durante un cancro ovarico epiteliale. Vera C, Tapia V, Vega M, Romero C.

In una normale funzione ovarica il controllato angiogenetico è essenziale. Diversi fattori di crescita sono coinvolti in questo processo, come il fattore di crescita vascolare endoteliale (VEGF) e

del fattore di crescita nervoso (NGF). Il processo di angiogenesi nell'ovaio normale è un processo strettamente controllato che si verifica durante ciascun ciclo ovarico. Inoltre, l'angiogenesi è

fondamentale per lo sviluppo del cancro ovarico ed è responsabile della diffusione del tumore delle metastasi e la sua diffusione peritoneale. Il cancro ovarico è la quinta causa di morte per cancro

nelle donne ed è quindi noto come il cancro ginecologico più letale. Negli ultimi anni,all’ angiogenesi è stata data notevole attenzione al fine di identificare bersagli per lo sviluppo di

terapie anti-tumorali efficaci. Diverse molecole sono state segnalate per promuovere l'angiogenesi, come ad esempio il fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF) e dei suoi

recettori, il sistema angiopoietina / legame- ligando / recettore e il fattore di crescita dei fibroblasti (FGF). In primo luogo, VEGF è stato scoperto svolgere un ruolo chiave nel guidare

l'angiogenesi. Le molecole di cui sopra sono bersagli farmacologici candidati. Utilizzato in combinazione con altri trattamenti,le terapie anti-angiogenetiche sono riuscite a ridurre la

progressione della malattia. Il presente riesame si concentra sull’ NGF e il suo recettore tirosinchinasico di tipo A ad alta affinità (TRKA). Nell'espressione di VEGF, nella proliferazione e nel processo di angiogenesi nel cancro ovarico è importante dunque il ruolo di NGF, tra le altre

molecole.

2014 Aug 10;7:82. doi: 10.1186/s13048-014-0082-6.

FONTI:

- fondazione Rita Levi Montalcini-Fondazione Ebri-- Pub Med-- casa farmaceutica Dompè--Enciclopedia Treccani - tesi di laurea dal titolo”ruolo rigenerativo di NGF nelle patologie degenerative oculari”del Dott. Flavio Mantelli presso l’Università Campus Bio - medica di Roma -- Ansa--”Cronologia di una scoperta” di Rita Levi Montalcini-- Nature reviews