La berberina attenua la neurotossicità degli oligomeri proteici unfolded interagendo con la membrana cellulare

Numerous neurodegenerative disorders, including Alzheimer’s and Parkinson’s diseases, are associated with the misfolding and aggregation of proteins. In this study, we investigate the protective role of the natural alkaloid berberine against protein misfolded aggregates, given its potential as a therapeutic agent. Our findings demonstrate that berberine binds to the lipid membranes of reconstituted liposomes with diverse lipid compositions and can cross lipid membranes via diffusion. Correspondingly, in cultured human neuroblastoma cells, berberine interacts with the plasma membrane and is rapidly internalized into the cytoplasm. Furthermore, berberine exhibited rapid and dose-dependent protective effects upon exposing LUVs or cells to misfolded protein aggregates able to induce lipid membrane damage. Specifically, in human neuroblastoma cells pre-treated with berberine, the molecule reduced plasma membrane alterations and the associated Ca2+ion influx, diminished the production of reactive oxygen species, and reduced mitochondrial metabolism dysfunction, induced by the aggregates. Concomitant administration of berberine and aggregates was not found to be protective against aggregates and, moreover, berberine does not significantly modify the structure of the protein aggregates, suggesting that its protective effect against these aberrant species in cells is due to its ability to rapidly interact with and cross the cell membrane. Together, these findings provide insight into the mechanism of protective action of berberine and support its therapeutic potential in mitigating cellular damage associated with protein aggregation.

Numerose malattie neurodegenerative, tra cui il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson, sono associate al *misfolding* (errato ripiegamento) e all'aggregazione di proteine. In questo studio, esaminiamo il ruolo protettivo dell'alcaloide naturale berberina nei confronti degli aggregati proteici mal ripiegati, data la sua potenzialità come agente terapeutico. I nostri risultati dimostrano che la berberina si lega alle membrane lipidiche di liposomi ricostituiti con diverse composizioni lipidiche ed è in grado di attraversare tali membrane per diffusione. Analogamente, nelle cellule di neuroblastoma umano in coltura, la berberina interagisce con la membrana plasmatica e viene rapidamente internalizzata nel citoplasma. Inoltre, la berberina ha mostrato effetti protettivi rapidi e dose-dipendenti quando LUV (liposomi unilamellari grandi) o cellule venivano esposti ad aggregati proteici mal ripiegati capaci di indurre danni alla membrana lipidica. Nello specifico, nelle cellule di neuroblastoma umano pretrattate con berberina, la molecola ha ridotto le alterazioni della membrana plasmatica e il conseguente afflusso di ioni Ca2+, ha diminuito la produzione di specie reattive dell'ossigeno e ha attenuato la disfunzione del metabolismo mitocondriale indotte dagli aggregati. La somministrazione concomitante di berberina e aggregati non ha conferito protezione contro questi ultimi; inoltre, la berberina non modifica in modo significativo la struttura degli aggregati proteici, suggerendo che il suo effetto protettivo contro tali specie aberranti nelle cellule sia dovuto alla sua capacità di interagire rapidamente con la membrana cellulare e di attraversarla. Nel loro insieme, questi risultati offrono chiarimenti sul meccanismo d'azione protettiva della berberina e ne confermano il potenziale terapeutico nell'attenuazione del danno cellulare associato all'aggregazione proteica.