Ricerche

L'accumulo di proteine fa un lavoro importante nel corpo umano, ma qualcosa può andare storto e proliferare in aggregati che sono alla radice della neurodegenerazione e di malattie come Parkinson e Alzheimer (MA). Uno di questi insiemi, quello del peptide amiloide-beta (Aβ), è sinonimo di demenza, ma i ricercatori non erano certi di come questi insiemi peptidici 'vanno male' e cosa li fa davvero assemblare.

Ora, ricercatori della Washington University di St. Louis (Missouri/USA) hanno trovato un ruolo fondamentale delle interfacce fisiche di questi peptidi Aβ nel determinare le dinamiche chimiche del loro raggruppamento. Questo è fondamentale per capire come sviluppare terapie che possono interrompere i percorsi tossici che portano al MA o alla SLA.

Pensa a questi accumuli di proteine ​​come impalcature strutturali che generano 'buchi' e 'chiodi'. La comprensione precedente dell'aggregazione amiloide era che essa subisce una serie di cambiamenti fisici che determinano come funziona. Ma Yifan Dai, assistente professore di ingegneria biomedica della WashU, ha invece scoperto che la funzione della struttura è codificata anche nel suo 'campo elettrico interfacciale', la superficie che modula le attività chimiche di altre molecole.

Nella ricerca pubblicata sul Journal of the American Chemical Society, il gruppo di Dai e i colleghi delle università di Stanford e Columbia mostrano che queste superfici possono formare un campo elettrico che ossida le molecole d'acqua generando 'specie di ossigeno altamente reattive' che mandano il peptide lungo un percorso tossico. Le molecole reattive dell'ossigeno aggiungono stress alla cellula e al DNA che marciscono quella scaffalatura in nanoscala. Attraverso quel campo elettrico, i peptidi Aβ stabiliscono un circuito di reazione positiva che accelera la produzione e l'aggregazione delle fibrille (un collegamento chiave nell'espansione di quell'impalcatura su nanoscala).

"Il monomero Aβ stesso è chimicamente inerte, ma l'assemblaggio di ordine superiore di questi monomeri diventa tossico", ha detto Dai. "Ciò ha fatto nascere nei ricercatori l'interesse sul modo in cui la materia biologica con una scala di lunghezza distinta può codificare diverse funzioni attraverso la generazione di una superficie stabile distinta".

Finora i ricercatori pensavano che le forme altamente reattive di ossigeno molecolare emergessero dai percorsi enzimatici. Ma con l'attuale ricerca, Dai ha visto che il campo elettrico stesso può allungare il legame delle molecole in modo simile a come funziona un enzima, e una volta che il legame è allungato, il differenziale energetico produce specie reattive dell'ossigeno che fanno diventare tossica la scena. Il dato importante per i ricercatori biomedici è che l'aggregazione Aβ include non solo un processo fisico ma anche una 'reticolazione' chimica: un processo che i ricercatori possono potenzialmente interrompere.

"È qui che arriva la tossicità, direttamente dall'assemblaggio dell'amiloide durante le transizioni di fase", ha affermato Michael W. Chen, dottorando di ingegneria, primo coautore con Xiaokang Ren e Dai.

Essi hanno anche identificato piccole molecole in grado di rompere il circuito di reazione chimica che guida quella tossicità. Questi composti funzionano eliminando i radicali idrossilici, un tipo di molecole reattive dell'ossigeno, o perturbando l'interfaccia. Tali molecole sono ampiamente disponibili negli alimenti che hanno proprietà antiossidanti, fornendo ulteriori prove che una corretta alimentazione può essere un fattore nella protezione dalla demenza.

"Bere più caffè e mangiare più bacche e noci potrebbe aiutare a detossificare questo processo", ha detto Dai.