Svelare i misteri delle malattie del cervello: quando le proteine ​​rimangono bloccate nei solidi

L’osservazione delle proteine ​​su scala nanometrica fornisce approfondimenti per il trattamento delle malattie neurodegenerative.

Molte malattie che colpiscono il cervello e il sistema nervoso sono associate alla formazione di aggregati proteici, o condensati solidi, nelle cellule dai loro condensati liquidi, ma si sa poco su questo processo.

Questo passaggio dallo stato liquido a quello solido può portare alla formazione delle cosiddette fibrille amiloidi. Questi possono formare placche nelle cellule nervose, causando malattie neurodegenerative come: Il morbo di Alzheimer.

Gli ingegneri biomedici dell’Università di Sydney, in collaborazione con scienziati dell’Università di Cambridge e dell’Università di Harvard, hanno sviluppato sofisticate tecniche ottiche per monitorare da vicino il processo mediante il quale si formano questi aggregati proteici.

Testando una proteina associata alla malattia della sclerosi laterale amiotrofica (SLA), che colpisce l’astrofisico professor Stephen Hawking, gli ingegneri di Sydney hanno monitorato da vicino la transizione dalla fase liquida a quella solida.

Microscopia confocale a scansione 3D del condensato proteico FUS incubato per 24 ore che mostra la caratteristica struttura nucleo-corteccia rivelata da questa ricerca. credito: f Università di Sydney

“Questo è un enorme passo avanti verso la comprensione di come si sviluppano le malattie neurologiche da una prospettiva fondamentale”, ha affermato il dottor Yi Xin, autore principale della ricerca pubblicata sulla rivista Neurology. Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS) negli Stati Uniti.

“Ora possiamo osservare direttamente la transizione di queste importanti proteine ​​dal liquido al solido nanoscala “È un milionesimo di metro”, ha affermato il dottor Daniel Figullo, docente presso la Scuola di Ingegneria Biomedica e membro del Nano Institute dell’Università di Sydney.

Le proteine ​​formano regolarmente condensati durante la separazione della fase liquido-liquido in un’ampia gamma di funzioni biologiche critiche e salutari, come la formazione di embrioni umani. Questo processo favorisce le reazioni biochimiche in cui le concentrazioni proteiche sono critiche e promuove anche sane interazioni proteina-proteina.

Il gruppo di ricerca di Vigolo e Shane. Credito: Università di Sydney

“Tuttavia, questo processo aumenta anche il rischio di aggregazione disfunzionale, per cui nelle cellule umane si formano aggregati malsani di proteine ​​rigide”, ha affermato il dottor Shen, membro dell’ARC DECRA presso la Scuola di ingegneria chimica e biomolecolare e membro del Sydney Nano. .

“Ciò può portare a strutture anormali associate a malattie neurodegenerative perché le proteine ​​non mostrano più una rapida reversibilità alla forma liquida. È quindi necessario monitorare la dinamica dei condensatori, poiché influenzano direttamente gli stati patologici”, ha affermato.

La prima osservazione ottica su scala nanometrica al mondo di questo processo ha permesso al team di determinare che la transizione da una proteina liquida a una proteina solida inizia nell’interfaccia degli adsorbati proteici. Questa finestra sulla transizione ha anche rivelato che le strutture interne di questi aggregati proteici sono eterogenee, poiché in precedenza si pensava fossero omogenee.

Il dottor Vigolo ha dichiarato: “I nostri risultati promettono di migliorare notevolmente la nostra comprensione delle malattie neurologiche da una prospettiva fondamentale.

“Ciò significa una nuova e promettente area di ricerca per comprendere meglio come il morbo di Alzheimer e la SLA progrediscono nel cervello, colpendo milioni di persone in tutto il mondo”.

Riferimento: “La transizione del FUS da liquido a solido è migliorata dal condensato superficiale” di Yi Shen, Anqi Chen, Wenyun Wang, Yinan Shen, Francesco Simone Ruggeri, Stefano Aime, Zizhao Wang, Seema Qamar, Jorge R. Espinosa, Adiran Garrizar, Disponibile Qui: Peter St. George Heslop, Rosanna Colibardo Guevara, David A. Weitz, Danielle Figullo e Thomas PJ Knowles, 7 agosto 2023, disponibile qui. Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
doi: 10.1073/pnas.2301366120

Lo studio è stato finanziato dalla Francis and Augustus Newman Foundation, dal Wellcome Trust, dall’European Research Council, dall’American Alzheimer’s Association, dall’ALS Canada-Brain Canada, dal Canadian Institutes of Health Research e dal National Institute on Aging.