January 26, 2017 - Através de duas publicações e uma grande colaboração, liderada por pesquisadores do Instituto Whitehead e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), os pesquisadores acabam de descrever o uso de um conjunto de novos métodos biológicos e computacionais para esclarecer como a “má dobragem” da proteína α-sinucleína em neurônios refere-se ao número crescente de genes implicados na doença de Parkinson (DP). As descobertas destes estudos foram publicadas recentemente em Cell Systems em artigos intitulados "Genome-Scale Networks Link Neurodegenerative Disease Genes to α-Synuclein through Specific Molecular Pathways" e "“In Situ Peroxidase Labeling and Mass-Spectrometry Connects Alpha-Synuclein Directly to Endocytic Trafficking and mRNA Metabolism in Neurons. "
Os cientistas iniciaram sua análise criando duas maneiras de mapear sistematicamente a pegada da α-sinucleína dentro das células vivas. "No primeiro artigo, usamos ferramentas genéticas poderosas e imparciais na célula simples de fermento de padaria para identificar 332 genes que afetam a toxicidade da α-sinucleína", explicou o autor principal de um dos papers Vikram Khurana, MD, Ph.D. , Investigador principal no Centro de Ann Romney para Doenças Neurológicas no Brigham and Women's Hospital e no Instituto de Células-Tronco de Harvard e primeiro e co-correspondente autor sobre os estudos. "Entre eles foram vários genes conhecidos para predispor os indivíduos a Parkinson - Que várias formas genéticas de Parkinson estão diretamente relacionadas à α-sinucleína. Além disso, os resultados mostraram que muitos efeitos da alfa-sinucleína foram conservados ao longo de um bilhão de anos de evolução de levedura para humano.
Os pesquisadores também analisaram todas as interações da α-sinucleína e sua localização dentro dos neurônios em vários pontos de tempo. Isto foi conseguido sem perturbar o ambiente nativo do neurônio, marcando α-sinucleína com uma enzima-APEX-que permitiu proteínas menos de 10 nanômetros de distância da α-sinucleína a serem marcadas com uma pegada de rastreabilidade.
"No segundo artigo, criamos um mapa espacial de α-sinucleína, catalogando todas as proteínas em neurônios vivos que estavam em grande proximidade com a proteína", observou o autor principal Chee Yeun Chung, Ph.D. Ex-cientista de pesquisa do Instituto Whitehead e agora co-fundador científico e diretor associado da Yumanity Therapeutics. "Como resultado, pela primeira vez, pudemos visualizar a localização da proteína, em escala minuciosa, em condições fisiológicas em uma célula cerebral intacta".
Curiosamente, os mapas que os pesquisadores derivaram desses dois processos estavam estreitamente relacionados e convergiram nos mesmos genes de Parkinson e processos celulares. Seja numa célula de levedura ou num neurônio, a a-sinucleína interferia diretamente com a taxa de produção de proteínas na célula e o transporte de proteínas entre compartimentos celulares.
"Acontece que os mecanismos de toxicidade da proteína misfolded (“mal dobrada”) estão intimamente relacionados com as proteínas com as quais ele interage diretamente, e que essas interações podem explicar conexões entre os diferentes fatores de risco genéticos de Parkinson", observou o Dr. Khurana.
Ao reunir a enorme quantidade de dados coletados, os pesquisadores precisaram abordar dois grandes desafios que os cientistas enfrentam quando geram grandes conjuntos de dados de genes e proteínas individuais em organismos-modelo como levedura: Como montar os dados em mapas coerentes? E como integrar a informação entre espécies, neste caso de levedura a humana?
"Primeiro, tivemos que descobrir métodos muito melhores para encontrar homólogos humanos de genes de levedura, e então tivemos que organizar o conjunto humanizado de genes de uma maneira significativa", explicou o co-autor Jian Peng, Ph.D., professor assistente de ciências da computação na Universidade de Illinois, Urbana-Champaign. "O resultado foi o TransposeNet, um novo conjunto de ferramentas computacionais que usam algoritmos de aprendizado de máquina para visualizar padrões e redes de interação baseadas em genes que são altamente conservados de levedura para seres humanos e então faz previsões sobre os genes adicionais que fazem parte da resposta de toxicidade de α-sinucleína em humanos ".
Esta nova análise produziu redes que mapearam como a α-sinucleína está relacionada com outros genes de Parkinson através de vias moleculares bem definidas. "Agora temos um sistema para analisar como aparentemente genes não relacionados se juntam para causar Parkinson e como eles estão relacionados com a proteína misfolds nesta doença", disse o Dr. Khurana.
Para confirmar seu trabalho, os pesquisadores geraram neurônios de pacientes de Parkinson com diferentes formas genéticas da doença. Eles mostraram que os mapas moleculares gerados a partir de suas análises permitiram identificar anormalidades compartilhadas entre estas formas distintas de Parkinson. Antes disso, não havia uma ligação molecular óbvia entre os genes implicados nestas variedades de DP. "Acreditamos que esses métodos poderiam preparar o caminho para o desenvolvimento de tratamentos específicos para pacientes no futuro", concluiu o Dr. Khurana. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: GenengNews.
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