Ruolo di LRRK2 e della disfunzione sinaptica nella malattia di Parkinson

Parkinson's disease is a neurodegenerative disorder characterized by highly debilitating motor and non-motor symptoms. Specifically, motor deficits are driven by the progressive degeneration of dopaminergic neurons in the Substantia Nigra pars compacta (SNpc), whose axons project to the dorsal striatum. However, growing evidence indicates that synaptic loss within the striatum precedes the death of neuronal cell bodies by years. Synaptic dysfunction thus represents an early, but reversible event in the pathology. Consequently, elucidating its underlying molecular mechanisms could be crucial for identifying novel therapeutic approaches. Mutations in the LRRK2 gene represent one of the most frequent genetic causes of PD. These variants lead to kinase hyperactivation and, as a result, increased phosphorylation of its downstream substrates. Hyperactive LRRK2-mediated alterations affect various biological processes, compromising synaptic homeostasis, physiology, and architecture. In particular, LRRK2 hyperactivation induces excessive phosphorylation of Rab GTPases; the dysregulation of these axonal transport regulators impairs the trafficking of essential components, such as autophagosomes and synaptic vesicles, thereby contributing to synaptic degeneration. The objective of this work is to investigate the effects of hyperactive mutant LRRK2 through two complementary approaches aimed at exploring, on the one hand, a well-established biochemical pathway in which it is involved and, on the other, the downstream impact on synaptic organization. At the biochemical level, Rab10 phosphorylation was specifically analysed via western blot. At the structural level, the density of inhibitory synapses was evaluated using immunofluorescence microscopy. In both approaches, models carrying the hyperactive kinase were compared with their respective controls. In addition to presenting the techniques employed, this work aims to conduct a critical analysis of the experimental protocols, discussing their technical limitations, and to report findings from literature studies with similar objectives.

La malattia di Parkinson è una patologia neurodegenerativa caratterizzata da sintomi motori e non motori, altamente debilitanti. Nello specifico, i deficit motori sono determinati dalla progressiva degenerazione dei neuroni dopaminergici della Substantia Nigra pars compacta (SNpc), i cui assoni proiettano allo striato dorsale. Appare tuttavia sempre più evidente come la perdita delle sinapsi a livello striatale preceda di anni la morte dei corpi cellulari. La disfunzione sinaptica rappresenterebbe quindi un evento iniziale, ma reversibile della patologia. Di conseguenza, studiarne i meccanismi molecolari alla base potrebbe risultare cruciale al fine di individuare nuovi approcci terapeutici. Alcune delle cause genetiche più comuni del Parkinson risultano essere mutazioni a carico del gene LRRK2. Tali varianti determinano un’iperattivazione della chinasi e, di conseguenza, un’aumentata fosforilazione dei suoi substrati. Le alterazioni mediate da LRRK2 mutata colpiscono svariati processi biologici, compromettendo l’omeostasi, la fisiologia e l’architettura sinaptiche. In particolare, l’iperattivazione di LRRK2 induce un’eccessiva fosforilazione delle Rab GTPasi; l’alterazione di questi regolatori del trasporto assonale compromette, a sua volta, il traffico di componenti fondamentali, come gli autofagosomi e le vescicole sinaptiche, contribuendo così alla degenerazione della sinapsi. L’obiettivo di questo elaborato è indagare gli effetti dell’iperattivazione di LRRK2 mutata attraverso due approcci complementari, volti ad esplorare da una parte una nota via biochimica in cui è coinvolta, dall’altra le ricadute sull’organizzazione sinaptica. A livello biochimico, tramite la tecnica del western blot, è stata analizzata nello specifico la fosforilazione di Rab10. A livello strutturale, mediante microscopia a immunofluorescenza, è stata invece valutata la densità delle sinapsi inibitorie. In entrambi i casi, sono stati confrontati modelli recanti la chinasi iperattivata con i rispettivi controlli. Oltre alla presentazione delle tecniche affrontate, l’elaborato si propone di condurre un’analisi critica dei protocolli utilizzati, discutendone i limiti tecnici, e di riportare i risultati di studi con obiettivi analoghi, presenti in letteratura.