Ricerche

Capire meglio questa struttura potrebbe aiutare a impedire alla Tau di formare grovigli nel cervello dei pazienti con Alzheimer.

Immagine: Jose-Luis Olivares / MIT

Uno dei tratti distintivi dell'Alzheimer è l’aggregazione delle proteine Tau, che formano fibrille aggrovigliate nel cervello. Quanto più grave è l’aggregazione, tanto più avanzata è la malattia. La Tau, che è stata collegata anche a molte altre malattie neurodegenerative, non è strutturata nel suo stato normale, ma nello stato patologico è costituita da un nucleo rigido ben ordinato circondato da segmenti flosci. Questi segmenti disordinati formano un 'rivestimento peloso' che aiuta a determinare come la Tau interagisce con altre molecole.

Chimici del MIT di Boston (USA) hanno ora dimostrato, per la prima volta, di poter usare la spettroscopia a risonanza magnetica nucleare (NMR) per decifrare la struttura di questo rivestimento peloso. Sperano che le loro scoperte possano aiutare a sviluppare farmaci che interferiscono con l'accumulo di Tau nel cervello.

"Se si vogliono disaggregare queste fibrille Tau con farmaci a piccole molecole, essi devono penetrare questo rivestimento peloso", dice Mei Hong, prof.ssa di chimica del MIT e autrice senior del nuovo studio. “Sarebbe una impresa importante”.

La dottoranda del MIT Jia Yi Zhang è la prima autrice dello studio, che appare sul Journal of American Chemical Society e l'ex postdottorato del MIT Aurelio Dregni è uno degli autori.

Analisi del rivestimento peloso

In un cervello sano, le proteine Tau aiutano a stabilizzare i microtubuli, che mantengono la struttura delle cellule cerebrali. Tuttavia, quando le proteine ​​Tau si ripiegano male o si alterano in altro modo, formano grumi che contribuiscono alle malattie neurodegenerative come l’Alzheimer e la demenza frontotemporale. Determinare la struttura dei grovigli Tau è stato finora difficile perché gran parte della proteina – circa l’80% – si trova nel rivestimento peloso, che tende ad essere altamente disordinato.

Questo rivestimento lanuginoso circonda un nucleo interno rigido costituito da filamenti proteici piegati, chiamati fogli beta. La Hong e i suoi colleghi avevano in precedenza analizzato la struttura del nucleo di una particolare fibrilla Tau con la NMR, che può rivelare le strutture delle molecole misurando le proprietà magnetiche dei nuclei atomici al loro interno.

Fino ad ora, la maggior parte dei ricercatori aveva trascurato il rivestimento lanuginoso di Tau e si era concentrato sul nucleo rigido delle fibrille perché quei segmenti disordinati cambiano la loro struttura così spesso che le tecniche standard di caratterizzazione della struttura come la microscopia crioelettronica e la cristallografia a raggi X non riescono a coglierla. Tuttavia, nel nuovo studio, i ricercatori hanno sviluppato tecniche NMR che hanno permesso loro di studiare l’intera proteina Tau.

In un esperimento, sono riusciti a magnetizzare i protoni all’interno degli amminoacidi più rigidi, quindi a misurare il tempo impiegato affinché la magnetizzazione venisse trasferita agli amminoacidi mobili. Ciò ha permesso loro di tracciare la magnetizzazione mentre viaggiava da regioni rigide a segmenti flosci e viceversa. Con questo approccio, i ricercatori hanno potuto stimare la vicinanza tra i segmenti rigidi e mobili. Hanno completato questo esperimento misurando i diversi gradi di movimento degli amminoacidi nel rivestimento sfocato.

“Abbiamo ora sviluppato una tecnologia basata sulla NMR per esaminare il rivestimento peloso di una fibrilla Tau a tutta lunghezza, permettendoci di cogliere sia le regioni dinamiche che il nucleo rigido”, afferma la Hong.

Dinamica delle proteine

Per questa particolare fibrilla, i ricercatori hanno dimostrato che la struttura complessiva della proteina Tau, che contiene circa 10 domini diversi, ricorda in qualche modo un burrito, con diversi strati del rivestimento peloso avvolti attorno al nucleo rigido. Sulla base delle misurazioni della dinamica delle proteine, i ricercatori hanno scoperto che questi segmenti rientravano in tre categorie. Il nucleo rigido della fibrilla era circondato da regioni proteiche con mobilità intermedia, mentre i segmenti più dinamici si trovavano nello strato più esterno.

I segmenti più dinamici del rivestimento peloso sono ricchi dell'amminoacido prolina. Nella sequenza proteica, queste proline si trovano vicino agli amminoacidi che formano il nucleo rigido e in precedenza si pensava fossero parzialmente immobili. Invece, sono altamente mobili, indicando che queste regioni ricche di prolina caricate positivamente sono respinte dalle cariche positive degli amminoacidi che formano il nucleo rigido.

Questo modello strutturale fornisce informazioni sul modo in cui le proteine ​​Tau formano grovigli nel cervello, dice la Hong. Come i prioni innescano il ripiegamento errato delle proteine ​​sane nel cervello, si ritiene che le proteine ​​Tau mal ripiegate si aggancino alle proteine ​​Tau normali e agiscano come un modello che le induce ad adottare la struttura anormale.

In linea di principio, queste proteine ​​Tau normali potrebbero aggiungersi alle estremità dei filamenti corti esistenti o accumularsi sui lati. Il fatto che il rivestimento lanuginoso si avvolge attorno al nucleo rigido indica che è più probabile che le proteine ​​Tau normali si aggiungano alle estremità dei filamenti per generare fibrille più lunghe.

I ricercatori ora intendono studiare se possono stimolare le proteine ​​Tau normali ad assemblarsi nel tipo presente nell'Alzheimer, usando come modello le proteine ​​Tau mal ripiegate dei pazienti con la malattia.