Ricerche

Una microscopia innovativa mappa la struttura sottostante dell'amiloide-beta, e potrebbe dare informazioni sull'Alzheimer.

Immagini temporizzate dell'Orientamento-Localizzazione di Singola Molecola (SMOLM) di fibrille di amiloide-beta (Aβ42) in fase di rimodellamento, prese su 10 minuti, appaiono come mosaico multicolore. Le molecole blu Nilo (NB), che si legano temporaneamente e lampeggiano, consentono alle architetture in nanoscala in crescita e decomposizione nelle fibrille di essere viste come forcelle multicolori. (Fonte: Lew Lab)

Gli aggregati di amiloide-beta (Aβ) sono grovigli di proteine, associate segnatamente alle malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer (MA). Nonostante sia costantemente alla ribalta da molto tempo, tuttavia, i ricercatori non sono ancora riusciti a capire come l'Aβ si unisce e si scinde.

"Il modo in cui si comporta l'Aβ in vari ambienti, incluso il cervello umano, è sfuggente", ha affermato Brian Sun, dottorando della facoltà di medicina alla Washington University di St Louis (WashU). "C'è una comprensione non del tutto concretizzata della crescita e del decadimento".

Questo cambierà, grazie alla ricerca recentemente pubblicata da Sun con i colleghi del laboratorio di Matthew Lew nel dipartimento di ingegneria elettrica e dei sistemi della WashU. in questo lavoro, unico nel suo genere, Sun e colleghi sono riusciti a misurare gli assemblaggi dei fogli beta della fibrilla amiloide, le travi sottostanti al conglomerato di proteine, mentre si stavano modificando. Precedenti studi di microscopia ad alta risoluzione avevano ottenuto solo scatti statici.

"Volevamo osservare in modo specifico la dinamica della struttura sottostante dell'Aβ che potrebbe essere responsabile dei cambiamenti che avvengono, non solo i cambiamenti nella forma generale", ha affermato Sun.

Lew ha usato i mattoni Lego come analogia, rilevando che l'attuale tecnologia di scansione mostra l'intero edificio LEGO ma non vede come sono organizzati i singoli mattoni.

"Le singole proteine ​​cambiano di continuo in risposta al loro ambiente", ha affermato Lew, professore associato. “È come avere alcuni mattoncini LEGO che fanno cambiare forma ad altri mattoni. L'architettura mutevole delle proteine ​​e gli aggregati assemblati, insieme, portano alla complessità della malattia neurodegenerativa".

Il Lew Lab ha sviluppato un nuovo tipo di tecnologia di scansione che consente ai ricercatori di vedere l'orientamento e altri dettagli minimi nelle nanostrutture di sistemi biologici che erano finora invisibili. La loro tecnica (SMOLM, single-molecule orientation–localization microscopy, microscopia di orientamento-localizzazione a singola molecola) usa lampi di luce da sonde chimiche per visualizzare i fogli dei peptidi alla base dell'Aβ42, un tipo di peptide Aβ.

L'uso della SMOLM consente di esaminare l'orientamento individuale dei fogli beta sottostanti, per vedere la relazione tra la loro organizzazione e come ciò si collega alla struttura generale della proteina amiloide.

Diversi modi di rimodellarsi

L'Aβ42 è in continua evoluzione e il primo passo è cercare di trovare un metodo nella sua follia, un modello o schema di azione per prevedere il comportamento della proteina. Ora che il Lew Lab può effettuare queste misurazioni, i ricercatori hanno fatto alcune osservazioni intuitive e hanno trovato alcune sorprese nascoste nell'architettura dell'Aβ.

Come previsto, le strutture stabili Aβ42 tendono a trattenere i fogli beta sottostanti stabili; le strutture in crescita hanno fogli beta sottostanti che diventano più definiti e rigidi mentre la crescita continua. Le strutture in decomposizione mostrano fogli beta sempre più disordinati e meno rigidi. Ma hanno anche trovato più di un modo in cui l'Aβ42 può rinnovarsi.

"Esistono diversi modi con cui le strutture Aβ42 rimangono stabili o crescono e decadono", ha detto Sun.

I ricercatori hanno anche scoperto che l'Aβ42 può crescere e decadere in modi che sfidano le aspettative. Ad esempio, l'Aβ42 può crescere e decadere in modi che preservano la struttura sottostante; a volte c'è una crescita in cui i peptidi si accumulano, ma gli orientamenti dei fogli beta sottostanti non cambiano. In altri casi, l'Aβ42 subisce un 'decadimento stabile', dove avviene il contrario, cioè i peptidi se ne vanno, ma rimane la struttura del foglio beta. Infine, i fogli beta dell'Aβ42 a volte si riorganizzano e cambiano gli orientamenti senza che ci siano cambiamenti immediati alla forma generale. Queste riorganizzazioni nano-strutturali possono predisporre al futuro rimodellamento su larga scala.

"Poiché la SMOLM può tracciare l'organizzazione sottostante dell'Aβ42 e non solo la sua forma, possiamo vedere diversi tipi di sottotipi di rimodellamento che non sono visibili alle modalità di scansione non orientate e limitate nella diffrazione", ha detto Sun.

Se tutto suona un po' vago, tieni presente che questo è il primo passo finanche a guardare queste strutture in nanoscala costantemente mutevoli. Ora Sun prevede di progettare sistemi e sensori di scansione in nanoscala che potrebbero rivelare i meccanismi nascosti di malattie difficili da trattare.