16:10 2023-02-06
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Un nou studiu asupra proteinelor cheie găsite în rinichi și creier deschide căi pentru tratarea bolilor
_ Nou studiu asupra cheii proteina găsită în rinichi și creier deschide căi pentru tratarea bolilor
Diavolul este atât de des în detalii. Pentru proteinele care orchestrează activitatea moleculară a vieții, există diavoli și îngeri în detaliile lor, până la atomii constitutivi ai proteinelor. Este la acel nivel al detaliilor structurale în care echilibrul dintre sănătate și boală, chiar și viața și moartea, poate pivota.
Publicat astăzi (6 februarie) online în revista Cell, un colaborarea dintre nefrologi și neurologi de la Universitatea Columbia a arătat valoarea care reiese din alianțe neobișnuite. Ei și colegii din altă parte dezvăluie pentru prima dată un portret al unei proteine de viață și de moarte cu suficientă claritate pentru a dezvălui în sfârșit modul în care funcționează: ca un feribot minuscul pentru pasagerii moleculari care trebuie să traverseze aproape un trilion de membrane celulare în țesuturi și organe, de la rinichi și creier la urechea internă și alveolele plămânilor.
„Cu o nouă înțelegere mecanică a acestei proteine cheie și modul în care mutațiile din ea o pot opri, sperăm că cercetările ulterioare vor descoperi ținte noi pentru tratarea bolilor de rinichi și creier”, a spus Jonathan Barasch, MD, Ph.D., expert și clinician în urologie și nefrologie la Colegiul Medicilor și Chirurgilor din Columbia Vagelos și un autor corespunzător al lucrării. „Aceste noi deschideri terapeutice se datorează structurilor uimitoare de proteine pe care le-au descoperit colegii mei din Columbia, Andrew Beenken, Anthony Fitzpatrick și Larry Shapiro.”
Dr. Barasch și coautorii săi prevăd că noile structuri proteice de înaltă rezoluție vor indica piste terapeutice pentru tratarea unor boli la fel de răspândite precum leziunile renale acute (care afectează mai mult de 4 milioane de pacienți pe an în SUA), bolile cronice de rinichi (care afectează aproximativ 800 de pacienți). milioane de oameni din întreaga lume) și boala Alzheimer (care afectează aproximativ 32 de milioane de oameni la nivel global) și la fel de rar ca sindromul Donnai-Barrow (care afectează mai puțin de 1.000 de americani), o tulburare genetică cu multiple consecințe fizice și cognitive.
Proteina este cunoscută sub numele de LRP2, un membru al unei familii de proteine LRP găsite în creaturi, de la viermi la oameni. În comparație cu majoritatea proteinelor de pe membranele celulare, LRP-urile sunt uriașe, atât de mult încât oamenii de știință care au descoperit LRP2 la începutul anilor 1980, Marilyn Farquhar și Dontscho Kerjaschki, l-au numit megalin. Unele LRP sunt construite din peste 4.600 de aminoacizi, blocurile moleculare ale tuturor proteinelor.
În celulele renale, LRP2 este esențial pentru recuperarea moleculelor reutilizabile din deșeurile metabolice filtrate din fluidul corporal și astfel organismul nu trebuie să cheltuiască energie și resurse pentru a le face din nou. Pentru fiecare dintre aceste celule, există probabil zeci de mii de proteine LRP2, distribuite la suprafață ca semințele unei căpșuni.
„Rinichiul se confruntă cu recuperarea a 99% din sarea și apa din organism care trece. prin filtrele organului și, de asemenea, cu recuperarea a 100% din proteinele mici care altfel ar fi aruncat în urină și în afara corpului”, a spus dr. Barasch. „Au existat idei generale despre modul în care funcționează această recuperare, dar specificitatea ei a fost acum rezolvată.”
Aici intervin colegii Dr. Barasch. Unul dintre ei este Andrew Beenken, MD, Ph.D. ., un biochimist și nefrolog la Columbia și primul autor al lucrării. Proteinele de membrană, cum ar fi cele din familia LRP, sunt notoriu dificil de izolat, cu atât mai puțin de mapat în detaliu. Dr. Beenken a parcurs un pas uriaș în jurul acel impas printr-un proces anevoios în care a desfășurat o mulțime de tehnici biochimice.
„Când am auzit pentru prima dată despre ce plănuiau să facă Jonathan și Andrew, nu am crezut că va fi posibil”, a spus Lawrence Shapiro, Ph.D., cercetător principal la Institutul Zuckerman și un profesor de biochimie și biofizică moleculară la Columbia’s Vagelos College of Physicians and Surgeons. Expertiza Dr. Shapiro în a descoperi modul în care structura complexă a unei proteine dă naștere funcțiilor sale biologice s-ar dovedi crucială în descifrarea mecanismului de transport al LRP2.
Cu o combinație de abilități de lucru, creativitate și determinare, dr. Beenken a recoltat suficientă proteină LRP2. de la 500 de rinichi de șoarece pentru a solidifica proteina într-o probă de dimensiune și puritate suficientă pentru analiză cu tehnici avansate de microscopie. În recoltarea moleculelor LRP2, dr. Beenken a realizat un tur de forță biochimic: captarea proteinelor LRP2 blocate în două dintre conformațiile lor cheie, o performanță crucială de laborator pentru dezvăluirea acțiunilor asemănătoare mașinii proteinei în celule.
Aici a intrat un al doilea pas uriaș de cercetare, acesta a fost condus de autorul corespondent Anthony Fitzpatrick, Ph.D., un lider în domeniul microscopiei electronice criogenice, care este potrivită în special pentru studiul proteinelor mari și a altor biomolecule.
Cu un microscop electronic criogenic cu două etaje, răcit cu azot lichid, Dr. Fitzpatrick și Dr. Beenken au colectat cantități mari de date structurale folosind mostrele LRP2 obținute cu greu de Dr. Beenken. Apoi, cu utilizarea inteligentă a instrumentelor de calcul puternice pentru a da sens datelor, cercetătorii au produs structuri de proteine 3D în detaliu aproape atomic.
„Acum avem cele mai bune hărți 3D ale proteinei LRP2 create vreodată. ”, a spus dr. Fitzpatrick, cercetător principal la Institutul Zuckerman și profesor asistent de biochimie și biofizică moleculară la Colegiul de Medici și Chirurgi din Columbia Vagelos. Cu aceste hărți, dr. Shapiro, de asemenea, unul dintre autorii corespondenți ai lucrării, ar putea începe să descopere mecanismul remarcabil prin care LRP2 funcționează în celule.
Una dintre conformațiile cartografiate surprinde forma LRP2 atunci când se află pe și în interiorul unei membrane celulare. Acolo proteina preia pasagerii moleculari din lichidul din afara celulei, fie din urina produsa in rinichi, fie din lichidul din jurul celulelor creierului. Printre acești pasageri se numără proteinele mici, inclusiv tau și beta-amiloid (ambele implicate în boala Alzheimer), insulina și cele care transportă vitaminele A și D în jurul celulelor.
Cealaltă conformație LRP2 este cea pe care o închide proteina. după ce devine învăluit într-un pic de membrană celulară și pleacă spre locații din interiorul celulei. În aceste mici capsule, endozomi, proteina care schimbă forma permite fie ca pasagerii săi moleculari să fie reciclați intacți pentru utilizare ulterioară, fie să fie deconstruiți în componente reutilizabile sau de unică folosință.
Din această pereche de structuri LRP2 , echipa a reușit să determine că proteina suferă o comutare asemănătoare unei mașini între forma sa de îmbarcare a pasagerilor și forma sa de debarcare a pasagerilor. Atunci când proteinele LRP2 sunt lipsite de mutații, ele reușesc să mențină echilibrele moleculare, de exemplu, în sânge și țesutul cerebral. Dar când există chiar și mici ajustări în anatomia moleculară enormă a LRP-urilor, aceste proteine pot contribui la apariția bolii.
În celulele renale, de exemplu, proteinele LRP2 defecte renunță la sarcina lor normală de a recupera proteinele care altfel ar fi pierdut în urină. Acest lucru poate duce la o varietate de afecțiuni, inclusiv boala cronică de rinichi, sindromul Donnai-Barrow și afecțiuni care sunt letale în stadiile neonatale.
În creier, LRP2 (și LRP1 asociat) ajută în mod normal la curățarea unei varietăți de toxine, printre care fragmente de proteină tau, care au fost mult timp asociate cu boala Alzheimer. Dar s-a demonstrat că proteinele din familia LRP transferă astfel de fragmente între celulele creierului, contribuind potențial la procesul de boală.
„V-ați putea imagina că încercarea de a împiedica acest lucru să se întâmple cu un medicament ar putea fi utilă”, a spus dr. Shapiro.
Aceasta este locul în care puterea criogenică-EM vine puternică. .
„Dacă știi exact detaliile atomice ale locului în care tau se leagă, s-ar putea să blochezi asta folosind fie un anticorp, fie o moleculă mică”, a spus dr. Fitzpatrick. „Cryo-EM vă poate duce la nivelul de detaliu de care aveți nevoie pentru a lucra la potențiale noi terapii.”
„Acesta este începutul unui drum lung de descoperire a modului în care funcționează aceste proteine LRP și pentru a noi ținte de medicamente pentru o serie de boli”, a spus dr. Beenken.
Comentarii:
Adauga Comentariu