Introduction. AL amyloidosis is a rare, life-threatening disease caused by deposition of immunoglobulin light chains (LCs) as amyloid fibrils in vital organs. Specific LCs germ line genes are associated with AL, but the amyloidogenic mechanisms in vivo are still obscure. Guided by ex vivo evidence [1-3], this project stems from the hypothesis that the tissue environment plays a key pathogenic role: post-translational remodeling of LCs harboring specific mutations may generate aggregation-prone species, and interaction with other molecules may modulate deposition. In this project, we aim to elucidate the mechanisms driving amyloidogenesis by LCs from TDark germ line genes.
Methods. IGLV6-57 and IGLV1-51 LCs proteoforms, consistent with those previously characterized in human amyloid, have been produced as recombinant proteins. Fibrillogenesis kinetics, molecular dynamics, cross-seeding and fibril structure are being studied by biophysical, imaging and spectroscopic approaches, and by NMR. Natural amyloid interactors for in vitro studies were selected, based on bioinformatic analysis of previously collected tissue proteomics data; their interaction with LCs and the effects on fibrillogenesis are being studied by proteomics, NMR and biophysical approaches.
Results. Full-length LCs and fragments were purified, both unlabeled and isotopically labeled. In contrast to the full-length LCs, the tested fragments are amyloidogenic in vitro under physiological conditions, with different kinetics. NMR and spectroscopic data for major proteoforms are being collected and analyzed to understand their structure and dynamics. Ongoing bioinformatic evaluation has provided information on the amyloid interactome and on deranged protein interaction networks in diseased tissues.
Discussion. We have set up a new biocompatible model to study LC fibrillogenesis, expected to be pivotal to understand the molecular bases of AL amyloidosis and to provide hints for modulating the pathological processes.
Amiloidosi AL: l'uso di specifici geni germline rivela le basi molecolari alla base dell'amiloidogenicità delle catene leggere
Introduzione. Le amiloidosi sono patologie causate dalla progressiva deposizione tissutale di materiale insolubile, costituito da proteine con conformazione alterata. L'amiloidosi AL, in particolare, è una forma rara e severa in cui gli aggregati derivano da catene leggere (CL) immunoglobuliniche. Solo CL con determinate sequenze e codificate da particolari geni (fra cui i geni TDark IGLV1-51 ed IGLV6-57) causano amiloidosi, ma i fattori causali rimangono sconosciuti. La scarsa conoscenza della fisiopatologia indebolisce la possibilità di sviluppare strategie che blocchino il processo di aggregazione. Partendo da tali considerazioni e dall'osservazione che gli attuali modelli sperimentali non riproducono adeguatamente le caratteristiche dei depositi di amiloide naturali [1-3], questo progetto mira a caratterizzare i meccanismi di formazione di amiloide da catene leggere IGLV1-51 e IGLV6-57, costruendo un modello in vitro compatibile con il quadro patologico.
Approccio sperimentale e risultati. A tale scopo, stiamo utilizzando una combinazione di saggi biochimici e biofisici, proteomica strutturale basata su spettrometria di massa, imaging ad alta risoluzione e bioinformatica, per testare sperimentalmente l'ipotesi che la parziale degradazione delle CL nei tessuti generi specie prone all'aggregazione, e che l'interazione delle CL con altre proteine possa avere un ruolo nel modulare tale processo. I dati ottenuti, utilizzando proteine prodotte in vitro che riproducono le specie precedentemente caratterizzate nei tessuti umani, mostrano che frammenti di CL sono in grado di aggregare come fibrille amiloidi in condizioni fisiologiche. Struttura e dinamica molecolare di queste specie sono in corso di studio. Analisi bioinformatiche hanno inoltre fornito importanti informazioni sulle proteine che interagiscono con l'amiloide negli organi target, e sulle alterazioni nel normale network di interazioni molecolari a livello dei tessuti affetti.
Conclusioni. Il lavoro effettuato ha portato alla creazione di un primo modello biocompatibile per studiare l'aggregazione delle CL, che ci si attende sarà fondamentale per decifrare le basi molecolari della amiloidosi AL in vivo e per modulare i processi patologici.
1. Lavatelli F, et al. Mass spectrometry characterization of light chain fragmentation sites in cardiac AL amyloidosis: insights into the timing of proteolysis. J Biol Chem. 2020;295(49):16572-16584. doi: 10.1074/jbc.RA120.013461.
2. Mazzini G, et al. Protease-sensitive regions in amyloid light chains: what a common pattern of fragmentation across organs suggests about aggregation. FEBS J. 2022;289(2):494-506. doi: 10.1111/febs.16182.
3. Brambilla F, et al. Shotgun protein profile of human adipose tissue and its changes in relation to systemic amyloidoses. J Proteome Res. 2013;12(12):5642-55. doi: 10.1021/pr400583h.