P21

Come è stata sviluppata la P21?

P21 è un piccolo peptide derivato del CNTF. I mimici di piccole molecole possono svolgere alcune o tutte le azioni delle molecole nutrienti neutre più grandi senza gli effetti collaterali descritti in precedenza. P21 è stato sviluppato attraverso un processo chiamato mappatura degli epitopi, che utilizza anticorpi per riconoscere il sito di legame del bersaglio. Per il P21, gli anticorpi diretti contro il sito attivo del recettore CNTF sono stati utilizzati per riconoscere il sito di legame del CNTF. Sono stati poi utilizzati per identificare quali piccoli peptidi sintetici imitano il legame con il CNTF e quindi interferiscono con il legame dell'anticorpo. Il risultato è P21, che non solo si lega al recettore CNTF, ma attraversa anche le barriere emato-encefaliche e placentari. P21 è un tetrapeptide derivato dalla regione più attiva del CNTF (residui aminoacidici 148-151). L'estremità C-terminale di P21 è stata addizionata con una glicina adamantilata per aumentare la permeabilità della barriera emato-encefalica e ridurre la degradazione da parte delle esopeptidasi.

Il CNTF naturale è troppo grande per attraversare la barriera emato-encefalica, ha una scarsa stabilità plasmatica, un profilo farmacologico sfavorevole e di fatto promuove la produzione di anticorpi anti-CNTF quando viene somministrato per via sistemica. L'iniezione diretta nel liquido cerebrospinale, pur essendo un'opzione, viene solitamente evitata a causa del dolore, del rischio di infezione e di altri effetti avversi. A differenza del CNTF intatto, il P21 è stabile nel fluido gastrico artificiale per più di 30 minuti, il che è sufficiente per consentirgli di attraversare lo stomaco nella maggior parte dei casi. È stabile nell'intestino per circa 100% due ore, un tempo sufficiente per essere assorbito. È stabile nel plasma per più di 3 ore.

Come funziona il P21?

La P21 ha molteplici ruoli nel sistema nervoso centrale, ma il suo ruolo principale è nel giro dentato, dove agisce per migliorare la neurogenesi e la maturazione neuronale nello strato delle cellule granulari e nella zona subgranulare. Il giro dentato fa parte della struttura dell'ippocampo nel lobo temporale del cervello e si ritiene che contribuisca alla formazione di nuovi ricordi situazionali e all'esplorazione/apprendimento spontaneo che avviene in nuovi ambienti. Il giro dentato svolge anche un ruolo importante nella preelaborazione delle informazioni e nella separazione dei modelli. In sostanza, la separazione dei modelli permette ai mammiferi di distinguere un ricordo da un altro. Il giro dentato è anche di grande interesse per i neuroscienziati perché è una delle poche regioni cerebrali note per avere una neurogenesi significativa negli adulti.

Studi di modellazione su topi hanno dimostrato che il P21 non si lega ai recettori del CNTF, suggerendo che, nonostante la sua dichiarazione di essere un analogo, dovrebbe essere chiaro che il P21 non è un analogo del CNTF. Sembra che il P21 agisca per inibire gli anticorpi o altre molecole che neutralizzano il CNTF. Pertanto, pur non imitando direttamente l'azione del P21, il P21 aumenta la concentrazione di questo potente stimolatore della neurogenesi, imitandone di fatto l'azione.

Studi sui topi hanno dimostrato che la P21 aumenta il livello di cellule positive al BrdU nel giro dentato, un nucleoside sintetico (analogo della timidina) utilizzato per rilevare le cellule proliferanti nei tessuti viventi. In questo esperimento, è stata riscontrata una concentrazione di BrdU nel giro dentato dei topi a cui è stata somministrata la P21, ma non nel DG dei topi di controllo, suggerendo che la P21 promuove la proliferazione cellulare in questa regione. Per determinare se le cellule sono neuroni, si può misurare l'espressione di NeuN, che è un marcatore dei neuroni maturi. Anche questa espressione è significativamente aumentata nei topi a cui è stata somministrata la P21 e nelle regioni in cui è aumentata la BrdU, a sostegno dell'idea che l'aumento della proliferazione sia in realtà un aumento della neurogenesi.

Un'altra componente dell'attività di P21 sembra essere prodotta dall'inibizione della segnalazione LIF-STAT, acronimo di Leukemia Inhibitory Factor, una citochina simile all'interleuchina 6 che svolge un ruolo importante nell'embriogenesi. È responsabile dell'inibizione della differenziazione e quindi della cessazione controllata della proliferazione cellulare, un processo importante per migliorare la maturazione dei tessuti, anche se a costo di una riduzione della proliferazione. Inibendo la LIF, la P21 rimuove una delle barriere alla neurogenesi, permettendo così al cervello di entrare in uno stato embrionale più favorevole alla crescita neuronale.

Nella malattia di Alzheimer (AD), la risposta naturale del cervello alle lesioni (cioè alla perdita di neuroni e sinapsi) è l'aumento dell'attività del giro dentato. Purtroppo, molti cervelli che invecchiano non hanno la capacità di sostenere la neurogenesi, per cui gli sforzi alternativi falliscono.P21 L'aumento dell'attività del giro dentato è sufficiente per superare questa limitazione e contribuire a spostare l'equilibrio dei fattori neurotrofici verso la neurogenesi. Pertanto, limitare la deposizione di amiloide nel cervello potrebbe non essere l'unico modo per affrontare gli effetti dell'AD. Questo potrebbe spiegare perché, sebbene la deposizione di placche inizi precocemente nell'AD, gli effetti della deposizione non diventano evidenti fino all'età avanzata, quando l'omeostasi dei fattori neurotrofici è spostata dalla neurogenesi. È stato dimostrato che il supporto neurotrofico con la P21 aumenta i livelli di fattore neurotrofico di derivazione cerebrale e di proteina neurotrofica 4, mentre diminuisce gli effetti mitogeni del fattore di crescita dei fibroblasti 2. È interessante notare che in un modello murino di AD, la somministrazione di P21 prima dell'insorgenza dell'AD ha impedito il declino cognitivo che normalmente si verifica. Ciò suggerisce che la P21 potrebbe essere più importante come misura preventiva che come potenziale trattamento.

È inoltre importante notare che il BDNF è stato collegato non solo a una maggiore neurogenesi, ma anche alla downregulation di alcuni enzimi responsabili della proteina tau e della formazione di placche amiloidi nel cervello dell'AD. In particolare, il BDNF diminuisce l'attività della proteina GSK3-β, che catalizza la formazione dell'amiloide β dalle proteine precursori dell'amiloide e la fosforilazione delle proteine tau, fasi dello sviluppo dell'AD che portano all'infiammazione e infine alla neurodegenerazione.

Vale la pena sottolineare che la sovrapproduzione di GSK-3beta è stata implicata in numerosi processi patologici, tra cui il diabete di tipo 2, diverse forme di cancro e il disturbo bipolare. Si prevede che p21 e altri inibitori di GSK-3beta avranno un ruolo nel trattamento dell'ictus, del cancro e soprattutto del disturbo bipolare.

In particolare, la P21 sembra salvare la tendenza alla diminuzione dell'espressione di MAP2 (proteina 2 associata ai microtubuli), un marcatore della crescita sinaptica tra i neuroni, nei cervelli affetti da AD. Livelli ridotti di questa proteina sono indicativi di una ridotta sinaptogenesi/neurogenesi e sono un marcatore della progressione della malattia nell'AD. Allo stesso modo, si ritiene che la P21 sia in grado di salvare il declino della

• - Proteina sinaptica I, una proteina chiave nella comunicazione sinaptica tra neuroni.
• - GluR1 (recettore AMPA), un recettore che media la trasmissione sinaptica rapida.
• - NR1, un recettore del glutammato associato alla plasticità sinaptica e all'apprendimento.

L'aspetto forse più interessante dell'effetto della P21 sulle proteine sinaptiche I, GluR1 e NR1 è che può elevare queste sostanze a livelli sovrafisiologici sia nei cervelli malati che in quelli sani. Ciò ha portato i ricercatori a concludere che la P21 può non solo aiutare a ripristinare la funzione nei cervelli malati, ma anche a migliorare la funzione nei cervelli normali. Per questo motivo, potrebbe essere utile come stimolante intellettuale e per migliorare le prestazioni nei compiti cognitivi. La ricerca in quest'area non è ancora stata condotta su modelli animali, né tantomeno sull'uomo. In realtà, il P21 è così efficace nel promuovere la neurogenesi che aumenta il livello di neurogenesi nei cervelli malati rispetto ai cervelli sani non trattati.