Marco para a pesquisa de Parkinson: A proteína amilóide α-sinucleína foi visualizada na célula, pela primeira vez

2016/01/22 - A proteína α-sinucleína desempenha um papel importante na doença de Parkinson e outras doenças neurodegenerativas. Embora uma quantidade considerável seja conhecida sobre a estrutura da proteína dentro dos depósitos amilóides do Parkinson típico, nada era conhecido sobre o seu estado original na célula saudável até agora. Cientistas da Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) em Berlim visualizaram agora pela primeira vez a proteína em células saudáveis ​​com a ajuda de procedimentos de espectroscopia de alta resolução. Surpreendentemente, eles descobriram um estado não-estruturado. As novas descobertas, que apareceram na "Nature" e "Nature Communications", representam um marco para a investigação em todo o mundo: Sabe-se agora a estrutura das mudanças dramáticas da proteína ao longo do curso da doença.

O estado da proteína α-sinucleína em vivo, as células saudáveis: A região central NAC (cinzento) está bem protegida. A proteína assegura que nenhuma interação ocorra com o citoplasma (branco) e outros componentes celulares. No caso de mudanças neurodegenerativas, as áreas cinzentas iriam crescer em conjunto e formar estruturas amilóides. Autor: Philipp Selenko

Doenças neurodegenerativas, como Parkinson, Alzheimer ou a doença de Huntington têm uma coisa em comum: os chamados agregados amilóides que são depositados no cérebro. Amilóide é o termo guarda-chuva para fragmentos de proteínas que são produzidos pelo organismo e que conduzem finalmente à morte das células nervosas. A proteína α-sinucleína é um dos principais componentes dos agregados amilóides e, por conseguinte, desempenha um papel importante no desenvolvimento da doença de Parkinson. Muito se sabe sobre os aspectos estruturais destes agregados. Por exemplo, sabe-se que α-sinucleína tem uma estrutura muito concreta, o que significa que se baseia em um modelo que segue um padrão específico. E, em contraste com isso, sabe-se que isolada, purificada a proteína não tem uma estrutura qualquer.

No entanto, até agora, não era conhecido como a α-sinucleína parece dentro de uma célula saudável. E alterações patológicas só podem ser completamente explicadas, se o estado inicial da proteína é conhecido. Pesquisadores da Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) em Berlim têm, portanto, literalmente deram uma olhada no make-up da proteína em células saudáveis. Como a primeira equipe de investigação em todo o mundo, eles conseguiram demonstrar - e visualizar - a-sinucleína em células neuronais e não neuronais. Isto foi tornado possível por uma combinação de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) e de espectroscopia de ressonância paramagnética por electron (EPR), dois processos que tornam possível a caracterização da configuração estrutural de uma proteína na resolução atômica.

"Agora sabemos o ponto de partida da α-sinucleína".
"Nós descobrimos o estado não estruturado que a proteína também tem no estado purificado," explica o Dr. Philipp Selenko, chefe da In-cell grupo de pesquisa NMR Spectroscopy, os resultados da pesquisa foram publicados no revistas especializadas "Nature" e "Nature Communications" . "Estes são realmente um pouco surpreendentes, porque era inconcebível até agora que um estado tão desestruturado pudesse sobreviver em tudo em um ambiente celular."

No entanto, aparentemente, as células podem, de fato lidar com proteínas não-estruturadas. As imagens publicadas na "Nature" mostram como a proteína na célula saudável protege a chamada região de NAC à penetração de moléculas estranhas. Esta região central desempenha um papel decisivo no desenvolvimento de agregados amilóides altamente estruturados. Por que as propriedades protectoras da proteína são perdidos em doenças neurodegenerativas é uma das questões fundamentais com que a pesquisa vai se preocupar no futuro. "No estado de doença, esta proteína tem de alterar estruturalmente a tal ponto que a região de NAC torna-se acessível para outras moléculas, de modo que estas regiões podem acumular-se, começam a crescer e, portanto, formar as estruturas amilóides", suspeita o biofísico Selenko.

Assistindo a proteína mudar sua estrutura
As conclusões de Berlim fornecem a base para uma elucidação dessas mudanças estruturais. Os pesquisadores FMP já tem planos concretos para os próximos meses. Com alguns truques, eles vão criar células envelhecidas artificialmente e introduzir a proteína amilóide e observá-las utilizando os mesmos procedimentos espectroscópicos. A simulação é realizada com idade, porque Parkinson e outras doenças neurodegenerativas são doenças relacionadas com a idade. Em última análise, os investigadores desejam construir um estado que corresponde à origem da doença. "Esperamos assistir a proteína como a proteção da região do NAC é gradualmente perdida e como ela começa a formar estruturas do tipo amilóides", diz o líder do grupo de pesquisa Selenko.

No estudo publicado na "Nature Communications", a equipe de pesquisadores já havia feito uma descoberta excitante a este respeito. Eles tinham danificado a proteína α-sinucleína em vários pontos, de tal forma que é normalmente o caso em uma célula de idade. Os proteínas então introduzem numa célula jovem e saudável. Lá, os pesquisadores observaram como a célula foi capaz de reparar os defeitos com incrível perfeição em algumas regiões, mas não em outras. A região que não pode ser reparada que é extremamente importante para a função da proteína.

A descoberta da causa da doença se aproxima
No próximo estudo, os pesquisadores querem ganhar uma visão abrangente sobre defeitos que levam os mecanismos de reparação a falhar e, assim, preparar o terreno para processos neurodegenerativos. De acordo com Philipp Selenko, esta é a chave para finalmente encontrar a causa da doença e, assim, um dia intervir no processo destrutivo - com substâncias ativas que terão, então, que ser desenvolvidos na base destes resultados. "Com a nossa descoberta do estado inicial da proteína, demos o primeiro passo decisivo nesse sentido", diz Selenko. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: FMP Berlin.