Percorso di accesso BBB tramite mappatura vascolare proteomica / BBB Access Route via Proteomic Vascular Mapping

 Percorso di accesso BBB tramite mappatura vascolare proteomica / BBB Access Route via Proteomic Vascular Mapping

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un limite di molte terapie neurologiche è rappresentato dalla capacità delle molecole di attraversare la barriera emato-encefalica (BEE) dal sistema circolatorio. Poiché la BEE impedisce la semplice diffusione di sostanze attraverso questa barriera, è fondamentale identificare le proteine ​​responsabili del trasporto per progettare terapie efficaci in grado di attraversarla.

"In pratica, tutto ciò che si trova nel sangue circolante, se vuole interagire con un organo, deve passare attraverso questa interfaccia", afferma l'autore senior Jiefu Li, PhD, responsabile del gruppo di ricerca del Janelia Research Campus presso l'Howard Hughes Medical Institute.

L'identificazione delle strutture all'interno dei vasi sanguigni coinvolte nei processi di movimento molecolare attraverso la barriera emato-encefalica si è rivelata finora piuttosto complessa. Tuttavia, Li ed il suo gruppo hanno sviluppato una tecnica che non solo identifica le proteine ​​presenti sulla superficie luminale, ovvero il rivestimento interno dei vasi sanguigni, ma funziona anche in vivo, consentendo loro di monitorare come queste caratteristiche cambiano nel cervello che invecchia.

"Comprendere come funziona la barriera emato-encefalica, in particolare individuare i bersagli molecolari su cui agire per aprirla e chiuderla, aprirà nuove possibilità per la somministrazione di farmaci", afferma Li.

Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Science in un articolo intitolato " Il proteoma della superficie luminale del sistema vascolare cerebrale svela i regolatori della barriera emato-encefalica

Utilizzando i topi, il gruppo ha sviluppato un metodo di profilazione proteomica che può essere utilizzato non solo nella vascolarizzazione cerebrale, ma in tutto il corpo. "In breve, una perossidasi coniugata ad una lectina viene perfusa ed ancorata alla superficie luminale dei vasi sanguigni per catalizzare la biotinilazione delle proteine ​​adiacenti, consentendo così il successivo arricchimento proteico e l'analisi mediante spettrometria di massa", hanno scritto gli autori.

Hanno testato il metodo sul cervello, sui reni e sull'intestino, sia nei topi che nelle tupaie settentrionali, dimostrandone la funzionalità e l'applicabilità a diversi organi e specie.

"Questo ci permetterà di dire: sappiamo che il sistema vascolare svolge funzioni diverse in organi diversi e che si basa su questa superficie luminale, ma come avviene tutto ciò? Quali sono i protagonisti a livello molecolare?", afferma Li.

Utilizzando la proteomica quantitativa della superficie luminale, dalle prime fasi dello sviluppo fino all'età adulta ed all'invecchiamento, hanno scoperto che nel tempo si verifica una diminuzione delle proteine ​​angiogeniche e di trasporto. Hanno anche riscontrato un aumento delle proteine ​​che aumentano la rigidità del sistema vascolare.

Oltre a sviluppare questa tecnica in vivo, il gruppo ha identificato due proteine ​​che presentano un'espressione temporalmente distinta, pur svolgendo entrambe un ruolo nella modulazione della permeabilità della barriera emato-encefalica (BBB). L'eliminazione genetica della sintasi dell'ossido nitrico Nos3 e del trasportatore di arginina Slc7a1 ha causato una perdita di permeabilità della BBB nei neonati, ma non negli adulti, mentre gli screening genetici hanno identificato l'ialuronidasi HYAL2 come necessaria per il mantenimento dell'integrità della BBB durante tutta la vita dei topi.

"Quello che sappiamo ora è che abbiamo a disposizione due nuove vie, potenzialmente, per aprire la barriera emato-encefalica e per orientare lo sviluppo di nuove terapie", afferma Li.

L'utilizzo di questo metodo basato sulla proteomica in vivo apre nuove prospettive di ricerca funzionale sull'intero sistema cardiovascolare e fornisce inoltre dati ed una metodologia per individuare nuovi bersagli terapeutici in grado di attraversare la barriera emato-encefalica.

"Questo metodo risolve un'esigenza importante, ma è anche molto facile da usare, quindi chiunque può utilizzarlo", afferma Li.

ENGLISH

A limiting feature of many neurological therapies is the ability of molecules to cross the blood-brain barrier (BBB) from the circulatory system. Since the BBB prevents simple diffusion of materials across the divide, identifying the proteins responsible for transport is necessary for effective design of BBB-crossing therapies.

“So basically, everything in the circulating blood, if they want to have an exchange with the organ, they need to pass through this interface,” says senior author Jiefu Li, PhD, Janelia Research Campus Group Leader at the Howard Hughes Medical Institute.

Identification of the structures within blood vessels involved with the processes of molecular movement across the BBB has been somewhat elusive. However, Li and his team have developed a technique that not only identifies proteins within the luminal surface—the inner lining—of the vasculature, but also works in vivo, allowing them to track how these features change across the aging brain.

“Understanding how the blood-brain barrier works, particularly figuring out the molecular targets that you can play with to open and close the barrier, will provide new possibilities for drug delivery,” Li says.

Their work is published in Science in a paper entitled, “Luminal surface proteome of the brain vasculature uncovers blood-brain barrier regulators.”

Using mice, the team developed a proteomic profiling method that can be used not only in brain vasculature, but throughout the body. “Briefly, a lectin-conjugated peroxidase is perfused and anchored to the luminal surface of blood vessels to catalyze the biotinylation of adjacent proteins, thereby enabling subsequent protein enrichment and mass spectrometry analysis,” wrote the authors.

They tested the method in the brain, kidney and intestine, in both mice and northern tree shrew, showing functionality and applicability across organs and species.

“This will allow us to say: we know that the vasculature system is doing different things in different organs and it relies on this luminal surface, but how does that happen? What are the molecular players there?” Li says.

Using quantitative proteomics of the luminal surface—from early development through adulthood and aging—they found that over time there was a decrease in angiogenic and transport proteins. They also found an increase in proteins that increased stiffness in the vasculature.

In addition to developing this in vivo technique, the team identified two proteins that are temporally distinct in their expression while both playing a role in modulating BBB permeability. Knockouts of nitric oxide synthase Nos3 and arginine transporter Slc7a1 resulted in BBB leakage in neonates, but not adults, while genetic screens identified hyaluronidase HYAL2 as being required for maintaining BBB integrity throughout the lifespan of mice.

“What we know now is that we have two new pathways, potentially, to open the blood-brain barrier and to inform some therapeutic developments,” says Li.

Utilization of this proteomic based method in vivo both opens up new avenues of functional research across the cardiovascular system, and also provides data and a methodology for novel therapeutic targets for crossing the BBB.

“This method solves an important need but it’s also a very easy-to-use method, so everyone can use it,” Li says.

Da:

https://www.genengnews.com/topics/omics/bbb-access-route-via-proteomic-vascular-mapping/?_hsenc=p2ANqtz-8prfohH1CfcrntAAHuWI2TqwedjEolR-NTVsIqs-lI-CsM4XiI00_qxdSypru7Xkekyi1uliWHXsPIZa9kE4km7x2r5CbijDExYMEWU7-u7l53JAI&_hsmi=413175708