¿Se puede usar una computadora para explicar por qué una toxina ambiental podría conducir a una enfermedad neurodegenerativa? Según los investigadores de la Facultad de Medicina de Penn State, una simulación generada por computadora les permitió ver cómo una toxina producida por las floraciones de algas en agua salada podría causar la infección lateral amiotróficaEsclerosis ELA.
Los investigadores investigaron una toxina ambiental llamada β-metilamino-L-alanina BMAA que se ha relacionado con una incidencia significativamente mayor de ELA esporádica en poblaciones con un consumo dietético frecuente de fuentes de alimentos que contienen altos niveles de BMAA, incluida la población de Chamorrode Guam, donde la incidencia de ELA es aproximadamente 100 veces mayor que en otras poblaciones.
La toxina es producida por cianobacterias, un alga azul verdosa, y puede ocurrir en ecosistemas marinos. Según los investigadores, BMAA se acumula en tiburones, mariscos y comederos de fondo, por lo que las poblaciones que dependen principalmente de estas fuentes de alimentos pueden estar en riesgo..
Elizabeth Proctor, profesora asistente de neurocirugía, y Nikolay Dokholyan, profesor de farmacología, usaron una computadora para investigar por qué la exposición a la toxina puede conducir al desarrollo de enfermedades como la ELA.
Según los investigadores, si BMAA se convierte en parte de una proteína llamada superóxido dismutasa de cobre y zinc SOD1, la proteína puede adoptar una forma que sea tóxica para las neuronas.
Proctor, quien tiene un doctorado en bioinformática y biología computacional, dijo que el estudio puede ser un modelo para investigar casos no genéticos de ELA, que representan el 90% de todos los diagnósticos.
"Nuestros resultados sugieren la necesidad de una mayor investigación de los patrones de modificación de SOD1 en pacientes con ELA", dijo Proctor. "Si podemos determinar los patrones moleculares de aparición y progresión de la enfermedad, puede ayudar en el desarrollo de estilo de vida e intervenciones preventivas para casos esporádicosALS. "
Lo que eludió a los investigadores fue una explicación de por qué BMAA condujo al desarrollo de ELA y otras enfermedades neurodegenerativas.
En su estudio, publicado en Biología Computacional PLOS , Proctor y Dokholyan propusieron que BMAA hace que la proteína SOD1 se pliegue en una forma que es tóxica para las neuronas.
Las proteínas se construyen usando 20 aminoácidos de acuerdo con "recetas" específicas codificadas en el ADN. Cambios leves en los "ingredientes" pueden resultar en proteínas que no pueden funcionar como se supone que deben hacerlo. Proctor dijo que si se necesita suficiente BMAApresente en una neurona motora que está construyendo SOD1, puede confundirse con el aminoácido L-serina, que tiene propiedades similares.
Según los investigadores, que utilizaron modelos informáticos para ver cómo se vería la proteína con BMAA en lugar de serina, esta sustitución altera críticamente la estructura y estabilidad de la proteína.
Más de 150 mutaciones de SOD1 se han asociado con ALS, pero los cambios estructurales de esas mutaciones no son suficientes para afectar la estabilidad de la proteína, según Nikolay Dokholyan, profesor de farmacología y coautor del estudio.
"La SOD1 tiene un mayor nivel de estabilidad en comparación con la mayoría de las proteínas normales", dijo Dokholyan, quien tiene un doctorado en física. "Aunque muchas mutaciones en esta proteína están asociadas con la ELA, los cambios resultantes en su estructura no son lo suficientemente fuertes como paracausar una desestabilización significativa. "
La serina, el aminoácido con el que compite BMAA, aparece diez veces en la "receta" de SOD1. Los investigadores probaron su teoría sustituyendo BMAA por serina en cada una de esas diez ocurrencias utilizando un programa de computadora desarrollado por Dokholyan. Observaron queLa incorporación de BMAA tuvo efectos perjudiciales para la estructura y estabilidad de la proteína y provocó que se doblara o adoptara su forma de manera incorrecta.
Según los investigadores, estudiar patrones de modificaciones de SOD1 en pacientes puede ser útil para desarrollar intervenciones potenciales para ELA esporádica. Un ejemplo de una posible intervención es la suplementación con L-serina para personas expuestas a una gran cantidad de BMAA.
Aunque el estudio sugiere una conexión entre dos piezas de evidencia de ELA, Dokholyan dice que muchos factores moleculares contribuyen a la presentación de los síntomas que ven los médicos.
"Una variedad de mutaciones genéticas y factores externos, como la exposición a BMAA, están asociados con la ELA", dijo Dokholyan. "Si podemos descubrir un patrón, puede dar pistas sobre cómo desbloquear otros".
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Materiales proporcionados por Penn State . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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