Pourquoi les différents tissus au corps humain varient dans leur susceptibilité aux maladies « amyloïdes »

Les chercheurs au The Scripps Research Institute enregistrent les résultats d'une étude récente qui adresse pourquoi les différents tissus au corps humain varient dans leur susceptibilité aux maladies « amyloïdes », qui comprennent la maladie d'Alzheimer et un boîtier des mal appelés les amyloses familiales.

Les amyloses familiales, sur lesquelles les chercheurs orientés leur étude, sont provoqués par des mutations variées à un transthyretin appelé de protéine humaine (TTR). Ces mutations rendent le transthyretin instable et prédisposé à misfolding d'un normal, structure sûre dans dangereux, la collante qui glom ensemble et forment les fibrilles microscopiques, qui groupent alors pour former de plus grandes plaques amyloïdes qui déposent dans des nerfs périphériques, des organes, et parfois dans le système nerveux central.

Étrangement, les mutations d'un certain TTR font viser les fibrilles le coeur, d'autres font former les fibrilles dans le système nerveux périphérique, et encore d'autres font former les fibrilles dans l'intestin ou dans le cerveau. Dans la dernière question de la cellule de tourillon, l'équipe de recherche de Scripps décrit la base chimique et biologique pour cette sélectivité de tissu.

Elle est non seulement, disent les scientifiques, que certains tissus comme le cerveau sont plus susceptibles des plaques amyloïdes parce qu'ils sont particulièrement visés par les protéines misfolded de TTR, mais plutôt parce que les cellules qui sécrètent des protéines dans ces tissus sont celles qui sécrètent les mauvaises protéines le plus efficacement.

« La plupart des variantes déstabilisées de TTR tendent à être sécrétées dans les tissus susceptibles juste comme efficacement que les protéines normales de TTR, quoiqu'elles soient considérablement déstabilisées, » indique professeur Jeffery W. Kelly, Ph.D., qui de recherches de Scripps a abouti la recherche avec professeur William E. Balch de recherches de Scripps, Ph.D. Kelly est le professeur de Lita Annenberg Hazen de la chimie, un membre de l'institut de Skaggs pour la biologie chimique, et vice-président des affaires scolaires au The Scripps Research Institute.

« La capacité de la cellule de relâcher efficacement la protéine misfolded fournit un saisissant et vue neuve imprévue du fonctionnement des voies cellulaires de sécrétion, » dit Balch, qui est un professeur dans le service des recherches de Scripps de la biologie cellulaire et l'institut pour l'enfance et les maladies négligées. « Ces résultats proposent que nous puissions pouvoir rectifier ces maladies par les petites molécules qui visent des règles principales guidant le repliement des protéines et le fonctionnement sécrétoire de voie. »

L'amylose est toute dans la façon dont la protéine se plie

Pendant des décennies, les scientifiques ont su que les protéines ont la propension de se plier dans une structure en trois dimensions particulière basée sur la séquence particulière des acides aminés que le fuselage câble ensemble. Les scientifiques ont également su que la structure d'une protéine est essentielle pour le fonctionnement de la protéine, et qu'une protéine dévoilée peut ne pas être fonctionnelle. Pendant les dernières années, ils se sont également rendus compte de plus en plus du danger de misfolding et de mauvais montage de protéine.

Misfolding peut changer une protéine de quelque chose qui est utile dans quelque chose qui est à mauvais montage enclin, le rendant nuisible--même toxique. Et même pendant qu'une protéine correctement pliée peut être essentielle pour la santé des personnes, les protéines qui misfolded sont la cause de beaucoup de différentes maladies misfolding, telles que Parkinson, Huntington, et les maladies amyloïdes mentionnées ci-dessus.

La polyneuropathie amyloïde familiale (FAP), par exemple, est une collection des plus de 80 maladies amyloïdes rares provoquées par misfolding d'une protéine de transthyretin (TTR) de mutant, que le foie sécrète dans la circulation sanguine pour transporter l'hormone thyroïdienne et la vitamine A. Normalement, TTR diffuse dans le sang comme « tétramère » actif composé de quatre copies indépendantes, ou les sous-unités de protéine, qui agissent l'un sur l'autre les uns avec les autres.

Ces tétramères, normalement composés de sous-unités identiques de protéine, viennent de deux gènes différents. Quand un des gènes a une défectuosité héritable, les tétramères hybrides forment qui se composent de mutant et de sous-unités normales. L'inclusion des sous-unités mutées rend le tétramère moins stable et entraîne les quatre sous-unités à dissocient plus facilement. Une fois que les sous-unités sont libres, elles misfold et rassemblent dans les fibrilles amyloïdes comme une tige. Le procédé de la formation de fibrille entraîne la maladie FAP en compromettant le nerf et le tissu musculaire périphériques, en perturbant leur fonctionnement et en menant à l'engourdissement, faiblesse musculaire, et--dans des cas avancés--échec du système nerveux autonome, y compris le tractus gastro-intestinal. Le traitement actuel pour FAP est une greffe de foie, qui remplace le gène mutant par une copie normale. Cependant, des traitements de petite molécule développés précédemment par le laboratoire de Kelly maintenant sont vérifiés dans des tests cliniques humains controlés par le placebo.

Une myocardiopathie amyloïde familiale appelée de la maladie analogue (FAC), qui est provoquée par le dépôt de quelques variantes de TTR au coeur, mène au dysfonctionnement cardiaque et éventuel à l'insuffisance cardiaque congestive. Environ un million d'Afros-Américains transportent le gène qui les prédispose à FAC. Une autre maladie amyloïde affectant le coeur, amylose systémique sénile (SSA), afflige des 10 à 15 pour cent environ de tous les Américains au-dessus de l'âge de 80 et est associée au dépôt du type sauvage TTR.

De même, bêtas les protéines amyloïdes misfolded et misassembled sont vraisemblablement un lecteur important dans la maladie d'Alzheimer, parce qu'elles peuvent s'accumuler dans les fibrilles et les plaques que les autopsies indiquent dans les cerveaux des patients présentant la maladie. Ces fibrilles et plaques et leurs précurseurs sont impliqués dans la perte neuronale.

Quelques scientifiques ont essayé de confronter les maladies amyloïdes dans le laboratoire en administrant des médicaments conçus pour empêcher l'accroissement des fibrilles de la condition misfolded. Cependant, ceci a inutile souvent prouvé parce que la formation de fibrille est fortement favorisée une fois une initiale, fibrille misfolded de la « graine » forme.

Il y a quelques années, Kelly et ses collègues ont développé une voie neuve d'empêcher la protéine du mutant TTR de former des fibrilles amyloïdes. Au lieu d'empêcher l'anormal, misfolded des sous-unités de protéine de conglomerating pour former des plaques, elles pouvaient les empêcher de devenir misfolded et anormales en premier lieu.

Ils ont administré les petites molécules qui bondissent aux protéines de TTR et les ont stabilisées dans leur condition tetrameric naturelle. Ceci a maintenu les protéines pliées dans leur forme correcte, la rendant plus dure pour que les sous-unités de TTR dissocient, empêchant la formation des fibrilles--une promesse de offre d'approche pour la demande de règlement des amyloses de TTR.

Exportation, mutations, et contrôle qualité de protéine

Tandis que le travail poursuivant des stratégies thérapeutiques neuves a prolongé dans le laboratoire de Kelly, lui et ses collègues avaient également posé des questions fondamentales sur la biologie des maladies amyloïdes. En particulier, ils sont intéressés à découvrir quels contrôles le début, la sélectivité de tissu et l'étape progressive de ces maladies.

Pour vérifier ces éditions, Kelly et ses collègues ont déterminé une collaboration avec Balch, qui a étudié des machines d'exportation de cellules pendant un certain nombre d'années.

Exporter des protéines est l'une des voies que les cellules dans les tissus variés dans le fuselage mettent à jour des fonctionnements spécialisés. Les exemples de la sécrétion de protéine de tissu-détail abondent. Les cellules dans le foie sécrètent les protéines sériques hautement abondantes telles que les facteurs de coagulation, l'albumine et le TTR. Les cellules dans la peau sécrètent les protéines inflammatoires au site d'une coupure pour écarter l'infection des bactéries entrant par la coupure. Les cellules dans le cerveau sécrètent les protéines qui sont impliquées dans la neurotransmission de modulation. Et les cellules dans l'intestin sécrètent des protéines conçues pour assimiler des protéines.

Les machines d'exportation qui pilotent cette sécrétion sont situées à l'intérieur de la cellule sur la surface de la membrane compliquée de l'organelle de cellules connue sous le nom de réticulum endoplasmique. Ici une suite compliquée d'événements concernant des centaines de différentes composantes moléculaires recueillera ensemble des protéines que la cellule va exporter en les pliant et en empaquetant en prévision de l'expédition.

Comme dans beaucoup d'autres endroits de biologie, les machines d'exportation de protéine ont été pensées pour jouer un rôle dans la garantie cette les protéines qui sont problématiques--comme ceux qui sont à misfolding enclin--ne soyez pas sécrété. Ces voies sont envisagées pour sélecter et dégrader ces protéines avant qu'elles soient exportées.

Les scientifiques ont longtemps supposé que ce procédé était quelque peu analogue aux vérifications de contrôle qualité qui pourraient exister sur un en continu dans une certaine usine générique. Une personne dans une couche blanche examine chaque envoi pendant qu'il descend la ligne, la compare à une norme, et si n'importe quel envoi est endommagé, alors jette le produit endommagé. Le contrôle qualité dans la sécrétion de protéine a été pensé pour fonctionner assimilé : aucune protéine ne comparant pas favorablement à la stabilité de type sauvage ne réussirait le contrôle qualité et serait dégradée.

Les scientifiques ont longtemps supposé que la stabilité thermo-dynamique déterminerait si une protéine comme TTR serait sécrétée ou pas. La stabilité thermo-dynamique est un signe de la tendance inhérente d'une protéine d'être dans une condition ou une autre--plié, dévoilé, ou misfolded. Une voie de regarder ceci est si vous avez une population des protéines qui sont hautement stables thermodynamiquement, alors peut-être 99 sur chaque cent seront pliés correctement. Dans une population moins thermodynamiquement des protéines stables, peut-être seulement à moitié sera correctement plié dans les mêmes conditions.

Étrangement, Kelly, Balch, et leurs collègues ont constaté que le rendement de la sécrétion de protéine n'est pas marqué avec la stabilité thermo-dynamique de TTR. Ils ont fait des expériences cellulaires et ont regardé la sécrétion de 32 variantes de TTR, y compris 23 qui ont été associées réellement aux pathologies de la maladie dans les patients.

Ces 23 protéines ont des substitutions de l'acide aminé qui leur effectuent à misfolding enclin, et pour cette raison l'on a pourrait compter que ces instabilités inhérentes pourraient leur effectuer une dégradation plus encline par le mécanisme du contrôle qualité des cellules que les protéines normales de TTR. Cependant, tous les mutants n'étaient pas dégradés par la cellule.

« La plupart des protéines de mutant qui entraînent la maladie sont sécrétées avec le rendement de type sauvage, » dit Kelly. Cependant, il ajoute, quelques tissus sont moins laxiste en termes de sécrétion de TTR, l'effectuant vraisemblablement que la propension spécifique de sécrétion de tissu influence la spécificité de tissu des amyloses de TTR.

Thermodynamique, cinétique, et les deux

Demandé ce qui il indique au sujet du contrôle qualité si une protéine qui est instable est exporté juste comme efficacement qu'une qui est stable en cellules qui sont plus laxistes, la réponse de Kelly et de Balch que le contrôle qualité peut être le concept incorrect. Vous ne pouvez pas penser juste à la thermodynamique de la protéine, ils disent.

Kelly et ses collègues ont trouvé, cependant, que les stabilités thermo-dynamiques ET cinétiques des mutants de TTR pris ensemble contribuent à l'énergétique du pli et prévoient le rendement de sécrétion.

Quelle est la différence ? Considérant que la stabilité thermo-dynamique est une mesure de la façon dont une protéine sera pliée ou vraisemblablement misfolded, la stabilité cinétique est une mesure d'à quel point elle facile est pour qu'une protéine individuelle réussisse d'une condition dans des des autres--ou comment rapidement le procédé se produit. Ainsi une protéine cinétique stable prendra un bon moment d'aller d'une condition pliée à une condition misfolded.

Les protéines du mutant TTR obtiennent l'aide à se plier dans le réticulum endoplasmique, où on serre ainsi le micro-environnement qui se plier correctement est difficile pour n'importe quelle protéine. Là, le fuselage utilise ce qui sont connus pendant que les chaperons moléculaires pour aider les protéines pour se plier correctement.

Les chaperons aident même des mutants de TTR pour se plier correctement. Ceci produit une situation fâcheuse parce que le pliage chaperon-aidé aura lieu plutôt rapidement, en quelques secondes. Une fois qu'une protéine du mutant TTR est correctement pliée, sa stabilité cinétique ou thermo-dynamique est généralement assez élevée qui elle restera correctement pliée assez longtemps d'être sécrétée. Cette apparence trompeuse l'empêchera d'être sélecté pour la dégradation.

« A déstabilisé les protéines qui adoptent un indigène ou le pli proche-indigène peut sortir de la cellule juste comme efficacement que la protéine sauvage de type, » dit Luc Wiseman, un étudiant de troisième cycle à l'école de Kellogg des recherches de Scripps de la science et technologie qui est l'un des auteurs importants sur le papier de cellules.

Se trouve à cet égard le problème. Le barrage d'énergie de la plupart des mutants de TTR n'est pas aussi élevé que ces protéines pas misfold jamais--elles le font juste très lentement. Les mutants resteront pliés assez longtemps pour être sécrétés hors de la cellule. Puis, assez donné temps, leur instabilité thermo-dynamique inhérente fera pour misfold, pour commencer des dépôts amyloïdes dans les tissus en lesquels ils sont sécrétés, et pour produire certains d'entre eux des pathologies de la maladie.

« Une fois qu'elles sont à l'extérieur là, elles sont déstabilisées, et elles forment les ensembles qui entraînent la maladie, » dit Wiseman.

Dans leurs études, les chercheurs ont constaté que les différents tissus ont des capacités différentes de sécréter les protéines qui sont déstabilisées. Ceci a pu expliquer une des choses de confusion au sujet des maladies amyloïdes--certaines mutations provoquent les maladies d'amyloïde de tissu-détail. Les patients amyloïdes familiaux de polyneuropathie ont les plaques amyloïdes dans leurs neurones périphériques, par exemple, et les patients amyloïdes familiaux de myocardiopathie ont les plaques amyloïdes à leurs coeurs, alors que les patients amyloïdes sélecteurs de CNS ont des gisements en leurs cerveaux.

Les différences dans des voies se pliantes de tissu-détail peuvent expliquer pourquoi les mutants de TTR les plus déstabilisés sont sécrétés par les cellules dans le cerveau, mais ne sont pas permises hors des cellules en d'autres tissus. Une explication possible pour l'examen minutieux apparent inférieur montré par le cerveau est que la thyroxine d'hormone actuelle aux hauts niveaux dans les cellules du cerveau peut gripper à la protéine TTR pendant la sécrétion, stabilisant transitoirement des formes de mutant de la protéine et permettant leur exportation.

Tandis que leur étude actuelle se concentre sur l'amylose de TTR, elle fait indiquer des implications grandes pour les maladies misfolding de protéine généralement Balch et Kelly. Par exemple, dans la mucoviscidose, une glissière de chlorure (CFTR) qui est exigée sur la surface des cellules de poumon pour les inciter à fonctionner correctement, est enfermée au lieu dans une condition partiellement pliée dans le réticulum endoplasmique et dégradée. En comprenant les règles neuves que la cinétique et la thermodynamique de repliement des protéines de couples avec l'exportation, le CFTR et d'autres maladies misfolding peuvent également être susceptibles de la rectification par des petites molécules.

L'article, « la base biologique et chimique pour la maladie amyloïde de Tissu-Détail, » est écrit par Yoshiki Sekijima, R. Luc Wiseman, Jeanne Matteson, selon Hammarstrom, Sean R. Miller, Anu R. Sawkar, William E. Balch, et Jeffery W. Kelly et apparaît dans la question du 8 avril 2005 de la cellule de tourillon.