Investigation of amyloid-β aggregates derived from light-triggered nitration: relevance for Alzheimer’s disease [Indagine sugli aggregati di amiloide-β derivanti dalla nitrazione indotta dalla luce: rilevanza per la malattia di Alzheimer]

Alzheimer’s disease (AD) is characterized by a complex molecular heterogeneity in which distinct amyloid-β (Aβ) species and post-translational modifications (PTMs) contribute to divergent aggregation pathways, neuroinflammatory responses, and clinical outcomes. Among these PTMs, tyrosine nitration at residue 10 has been repeatedly observed in AD brains, yet its functional significance remains poorly defined due to the limitations of conventional nitration methods. In this thesis, I combined biochemical, cellular, and neuropathological approaches to dissect the impact of Aβ nitration on aggregation behavior, microglial response, and plaque heterogeneity. Using the red-light-activatable peroxynitrite donor BPT-NO, we achieved selective, paraphysiological nitration of Aβ1-42, demonstrating that nitrated monomers are diverted from forming toxic low-molecular-weight oligomers and instead assemble into large amorphous aggregates devoid of neurotoxicity. These nitrated species promoted a phagocytic microglial phenotype. In parallel, we mapped Aβ PTMs across morphologically distinct amyloid deposits in post-mortem human AD tissue, including diffuse, classic-cored, coarse-grained plaques and cerebral amyloid angiopathy. Nitration showed a striking predominance in vascular Aβ deposits and coarse-grained plaques, supporting nitration as a late-stage marker linked to neuroinflammation and vascular involvement. Collectively, these findings identify Aβ nitration as a context-dependent modification with limited involvement in early aggregation, but strong enrichment in advanced parenchymal and vascular deposits. This work highlights the potential of nitration both as a mechanistic contributor to AD heterogeneity and as a candidate biomarker relevant for patient stratification and the implementation of anti-Aβ immunotherapies.

La malattia di Alzheimer (AD) è caratterizzata da una complessa eterogeneità molecolare, in cui diverse forme di amiloide-β (Aβ) e modifiche post-traduzionali (PTMs) contribuiscono alla genesi di diversi percorsi di aggregazione, risposte infiammatorie e risultati clinici. Tra le PTMs, la nitrazione della tirosina in posizione 10 è stata frequentemente osservata nei cervelli AD, ma il suo significato funzionale rimane scarsamente definito, principalmente a causa delle limitazioni dettate dai metodi convenzionali di nitrazione. In questa tesi, ho combinato approcci biochimici, cellulari e neuropatologici per analizzare l'impatto della nitrazione di Aβ sul comportamento di aggregazione, sulla risposta microgliale e sulla eterogeneità delle placche. Utilizzando il donatore di perossinitrito fotoattivabile BPT-NO, abbiamo ottenuto una nitrazione selettiva e parafisiologica di Aβ1-42, dimostrando che i monomeri nitrati non si aggregano in oligomeri tossici di basso peso molecolare, ma si assemblano in grandi aggregati amorfi privi di neurotossicità, che inducono un fenotipo microgliale fagocitico. Parallelamente, abbiamo mappato le PTMs di Aβ in depositi amiloidi morfologicamente distinti in tessuti AD umani post-mortem, includendo placche diffuse, classic-core, coarse-grained e angiopatia cerebrale amiloide. La nitrazione ha mostrato una netta predominanza nei depositi vascolari di Aβ e nelle placche coarse-grained, supportando un ruolo della nitrazione come marcatore tardivo di neuroinfiammazione e coinvolgimento vascolare. Nel complesso, questi risultati identificano la nitrazione di Aβ come una modifica con un effetto dipendente dal contesto: con un coinvolgimento limitato nelle prime fasi dell'aggregazione, ma con un forte arricchimento nei depositi avanzati parenchimali e vascolari. Questo lavoro evidenzia il contributo della nitrazione nell'eterogeneità dell'AD e il suo potenziale come biomarcatore per la stratificazione dei pazienti e l'implementazione delle terapie immunologiche anti-Aβ.