Las enfermedades como el Alzheimer son causadas cuando las proteínas se agregan y agrupan. En una primicia mundial, los científicos de EPFL han distinguido con éxito entre las formas de agregación de proteínas que causan enfermedades. El hallazgo puede ayudar a cambiar el tratamiento farmacéutico de las enfermedades neurodegenerativas.
Debido a nuestra mayor esperanza de vida, las enfermedades como el Parkinson, Huntington y Alzheimer están en aumento. Se producen cuando ciertas proteínas se pliegan mal y se agregan juntas, formando grupos que dañan las neuronas en el cerebro y la médula espinal. Esta agregación evoluciona progresivamente a través de diferentes formas, que podría ser la clave para tratar las enfermedades que causan. Sin embargo, las técnicas de imagen actuales no han podido distinguir y estudiar cada forma de agregación por separado. Combinando dos técnicas de imagen avanzadas, los científicos de EPFL han distinguido con éxito las diferentes formas de agregación de una proteína involucradaen ataxia espinocerebelosa, que afecta el control motor y la coordinación. Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el trabajo también revela un giro sorprendente en la agregación de proteínas, y también puede extenderse a otras enfermedades.
problemas agregados
Antes de la agregación, las proteínas individuales se pliegan incorrectamente en patrones de tejido anti-paralelos o entrecruzados. Las proteínas mal plegadas comienzan a agregarse a través de una forma intermedia, y finalmente se convierten en grandes enredos fibrosos llamados "fibrillas". En este punto, la agregación se ha vuelto letala las celdas.
Estos agregados de proteínas son el foco de la investigación médica en enfermedades neurodegenerativas, incluyendo Parkinson, Huntington y Alzheimer. El foco está en distinguir entre la forma de agregación individual de las proteínas, a fin de identificar a cuáles podemos dirigirnos más eficazmente para tratar elSin embargo, las técnicas de imagen actuales no han podido distinguir entre las especies intermedias de una proteína y las fibrillas finales.
Desenredando los nudos
El laboratorio de Giovanni Dietler en EPFL abordó el problema combinando dos técnicas de imagen. La primera, Microscopía de fuerza atómica, examina la estructura 3D y de cada forma de agregación, así como sus propiedades, por ejemplo, rigidez. La segunda técnica, InfrarrojoLa espectroscopia, detecta los cambios sutiles que tienen lugar en la estructura de la proteína que causan e impulsan su agregación.
"Estas dos técnicas son muy útiles", dice Dietler. "Pero individualmente, no pueden determinar el momento en que la proteína comienza a plegarse mal o encontrar cómo las propiedades estructurales de la proteína se relacionan con la estructura de una forma de agregación particular". Ambos elementosson fundamentales para distinguir diferentes especies de agregación. Juntas, las dos técnicas comprenden una herramienta innovadora conocida como "Nanoespectroscopía infrarroja" o nanoIR, que el laboratorio de Dietler encabeza en una variedad de aplicaciones.
En este caso, los científicos se centraron en la proteína ataxina-3. Cuando muta, la ataxina-3 comienza a agregarse y formar fibrillas con consecuencias devastadoras en el control y la coordinación motrices. Esta enfermedad neurodegenerativa se conoce como ataxia espinocerebelosa.
Usando nanoIR, los investigadores de EPFL pudieron monitorear la evolución de las proteínas individuales de ataxina-3 a medida que se agregaban. Observaron la rigidez de las formas agregadas individuales y luego la vincularon con la cantidad de patrones de tejido que contenían, proporcionando una correlaciónentre los dos factores. Es la primera vez que se hace esto para formularios de agregación individuales.
Un giro sorprendente
Para su sorpresa, el enfoque nanoIR mostró que la ataxina-3 se pliega mal después de que se agrega, no antes como se esperaría de las opiniones actuales sobre la agregación. De hecho, la agregación de ataxina-3 parece comenzar con la proteína individual, y luegopasa a la formación de formas de agregación intermedias con la estructura de proteína original en lugar de una estructura mal plegada.
Existen importantes implicaciones médicas y científicas de este hallazgo. Finalmente confirma teorías previas sobre el plegamiento de proteínas que no pudieron ser probadas debido a las limitaciones de las técnicas disponibles. Al mismo tiempo, podría cambiar los enfoques farmacológicos y tecnológicos para la agregación de proteínas.
El estudio también demuestra el enorme potencial de nanoIR en esta área de investigación. "Puede permitirnos obtener una comprensión más profunda de la agregación de proteínas", dice Giovanni Dietler.
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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