Momentul critic în care proteinele se transformă în boli precum Alzheimer, surprins în imagini

Pentru a îndeplini o multitudine de funcții în interiorul celulelor corpului, multe tipuri de proteine se strecoară în și din picături dense numite condensate pentru a accelera reacțiile biochimice după cum este necesar. Dar această fluiditate se poate transforma în boli, cum ar fi Alzheimer, Parkinson și scleroza laterală amiotrofică (ALS), care sunt marcate de agregate solide de proteine care se formează în celulele nervoase. Acum, o echipă de cercetători a dezvoltat o nouă abordare pentru a surprinde colapsul proteinelor în boli.

Formând structuri distinctive, cum ar fi aglomerări, plăci și fibrile încurcate, „proteinele nu mai prezintă o reversibilitate rapidă înapoi la forma lichidă”, explică biofiziciana în proteine Yi Shen, de la Universitatea din Sydney (Australia), care a condus studiul.

• Un nou studiu dezvăluie cum au jucat cometele un rol „major” în apariția vieții pe Pământ
• De la nopți obositoare, la coșmaruri: cum ne dă peste cap consumul de alcool

„Este, prin urmare, crucial să monitorizăm dinamica condensatelor, deoarece acestea influențează direct stările patologice”, spune ea.

Colapsul proteinelor în boli poate fi acum observat prin două modalități

Cercetările anterioare au arătat că proteinele care se adună în ALS, o boală debilitantă care afectează funcția motrică, există într-o stare „suprasaturată”, în concentrații foarte mari care depășesc solubilitatea lor tipică. Cu alte cuvinte, aceste proteine au un echilibru foarte fragil ca forme solubile și sunt predispuse să se solidifice dacă celula devine copleșită.

Pentru a arunca o privire mai atentă asupra comportamentelor proteinelor ca acestea, Shen și colegii ei au dezvoltat două noi modalități de a monitoriza îndeaproape colapsul proteinelor în boli.

Primul lor test a fost pentru o moleculă de legare ADN/ARN numită proteină fuzionată în sarcom (FUS), care se adună în ALS și demența frontotemporală. Atunci când proteinele precum FUS se concentrează sub formă de gel în condensate, o fază densă, bogată în proteine, este înconjurată de una diluată, sărăcită de molecule. Apropierea unui număr atât de mare de proteine poate înclina amestecul spre către o și mai mare agregare, ajungând în mod ireversibil în aglomerări solide.

Cum arată colapsul proteinelor în boli?

Cercetătorii au capturat soluții de condensate FUS pe măsură ce s-au format pe parcursul a 24 de ore, folosind două abordări care au colectat lumina refractată prin „bilele” dense de proteine ​​și împrăștiată înapoi. Modelele au reflectat structurile interne și densitatea condensatului, care s-a solidificat după cinci zile, potrivit Science Alert.

„Folosim o cameră rapidă pentru a înregistra secvențe lungi de imagini în câmp luminos la o rată mare de cadre. Acest lucru ne permite să explorăm simultan dinamica rapidă (achiziție la rate mari de cadre) și lentă (prin achiziție pentru o perioadă lungă de timp)”, au scris Shen și colegii săi în lucrare.

Ca o explozie în timpul nopții, proteinele verzi fluorescente pot fi văzute ieșind din întuneric pe măsură ce se agregă, părând să scoată din ce în ce mai multe proteine din soluție de la marginile condensatului, până când întreaga masă aparent face implozie.

Un videoclip de la Universitatea din Sydney arată că trecerea de la proteina lichidă la cea solidă începe la marginea exterioară a condensatului sferic, care se îngroașă și migrează spre interior, până la nucleu, până când întreaga picătură devine solidă, asemănătoare cu un gel.

Un pas înainte în studiul bolilor neurodegenerative

„Acesta este un uriaș pas înainte pentru înțelegerea modului în care se dezvoltă bolile neurogenerative, dintr-o perspectivă fundamentală”, spune Shen.

„Acum putem observa direct tranziția acestor proteine critice de la lichid la solid la scară nanometrică, la o milionime de metru”, adaugă Daniele Vigolo, inginer biomedical, de asemenea, de la Universitatea din Sydney.

Deși experimentele au fost efectuate în soluții de proteine ​​fabricate în laborator și, evident, se întâmplă mult mai multe lucruri în interiorul celulelor, cercetătorii spun că descoperirile lor oferă noi perspective asupra procesului fizic fundamental care stă la baza bolilor neurodegenerative. Dacă tehnicile de imagistică pot fi folosite și cu alte proteine, am putea afla mult mai multe despre modurile ciudate în care aceste proteine interacționează.

Studiul a fost publicat în PNAS.

Vă recomandăm să citiți și:

A fost găsită gena care împiedică transferul gripei aviare la om

Când este cel mai bine să ne spălăm pe dinți? Iată cel mai bun moment din zi!

Cercetătorii au identificat genele care influențează direct ceea ce mâncăm

Top 5 alimente bogate în prebiotice, conform cercetătorilor