Porque os tecidos diferentes no corpo humano variam em sua susceptibilidade às doenças do “amyloid”

Os pesquisadores no The Scripps Research Institute estão relatando os resultados de um estudo recente que enderece porque os tecidos diferentes no corpo humano variam em sua susceptibilidade às doenças do “amyloid”, que incluem a doença de Alzheimer e um conjunto de doenças chamadas os amyloidoses familiares.

Os amyloidoses familiares, em que os pesquisadores focalizados seu estudo, são causados por várias mutações a uma proteína humana chamaram o transthyretin (TTR). Estas mutações tornam o transthyretin instável e predispor a misfolding de um normal, estrutura segura em perigoso, as pegajosas que glom junto e formam as fibrilas microscópicas, que se aglomeram então para formar as chapas maiores do amyloid que depositam nos nervos periféricos, órgãos, e às vezes no sistema nervoso central.

Estranha, as mutações de algum TTR fazem com as fibrilas visem o coração, outro fazem com as fibrilas formem no sistema nervoso periférico, e ainda outro fazem com que as fibrilas formem no intestino ou no cérebro. Na introdução a mais atrasada da pilha do jornal, a equipa de investigação de Scripps está descrevendo a base química e biológica para esta selectividade do tecido.

É não somente, diz os cientistas, que determinados tecidos como o cérebro são mais suscetíveis às chapas do amyloid porque são visados especificamente por proteínas misfolded de TTR, mas um pouco porque as pilhas que segregam proteínas nestes tecidos são essas que segregam as proteínas ruins o mais eficientemente.

“A maioria das variações desestabilizadas de TTR tendem a ser segregadas apenas tão eficientemente dentro dos tecidos suscetíveis quanto as proteínas normais de TTR, mesmo que sejam desestabilizadas substancialmente,” dizem o professor Jeffery W. Kelly da pesquisa de Scripps, o Ph.D., que conduziu a pesquisa com o professor William E. Balch da pesquisa de Scripps, Ph.D. Kelly são o professor de Lita Annenberg Hazen da química, um membro do instituto de Skaggs para a biologia química, e vice-presidente de casos académicos no The Scripps Research Institute.

“A capacidade da pilha para liberar eficientemente a proteína misfolded fornece um impressionante e ideia nova não-antecipado da operação de caminhos celulares da secreção,” diz Balch, que é um professor no departamento da pesquisa de Scripps de biologia celular e no instituto para a infância e doenças negligenciadas. “Estes resultados sugerem que nós possamos poder corrigir estas doenças pelas moléculas pequenas que visam as regras fundamentais que guiam a dobradura de proteína e a função secretory do caminho.”

O Amyloidosis está todo em como a proteína se dobra

Por décadas, os cientistas souberam que as proteínas têm a propensão se dobrar em uma estrutura tridimensional particular baseada na seqüência particular dos ácidos aminados que o corpo amarra junto. Os cientistas igualmente souberam que a estrutura de uma proteína é essencial para a função da proteína, e que uma proteína desdobrada não pode ser funcional. Nos últimos anos, igualmente tornaram-se cada vez mais cientes do perigo de misfolding e de misassembly da proteína.

Misfolding pode mudar uma proteína de algo que é útil em algo que é misassembly inclinado, fazendo o prejudicial--mesmo tóxico. E mesmo enquanto uma proteína correctamente dobrada pode ser essencial para a saúde humana, as proteínas que misfolded são a causa de muitas doenças misfolding diferentes, tais como Parkinson, Huntington, e as doenças do amyloid mencionadas acima.

A polineuropatia familiar do amyloid (FAP), por exemplo, é uma coleção de mais de 80 doenças raras do amyloid causadas misfolding de uma proteína do transthyretin (TTR) do mutante, que o fígado segrega na circulação sanguínea para levar a hormona de tiróide e a vitamina A. Normal, TTR circulam no sangue como um “tetramer activo” compo de quatro cópias separadas, ou nas subunidades da proteína, que interage um com o otro.

Estes tetramers, compor normalmente de subunidades idênticas da proteína, vêm de dois genes diferentes. Quando um dos genes tem um defeito hereditário, os tetramers híbridos formam que são compor do mutante e de subunidades normais. A inclusão de subunidades transformadas faz o tetramer menos estável e causa as quatro subunidades a separa-se mais facilmente. Uma vez que as subunidades estão livres, misfold e remontam no haste-como fibrilas do amyloid. O processo de formação da fibrila causa a doença FAP comprometendo o tecido periférico do nervo e do músculo, interrompendo sua função e conduzindo à dormência, fraqueza de músculo, e--em casos avançados--falha do sistema nervoso autonómico, incluindo o aparelho gastrointestinal. O tratamento actual para FAP é uma transplantação do fígado, que substitua o gene de mutante com uma cópia normal. Contudo, as terapias pequenas da molécula desenvolvidas previamente pelo laboratório de Kelly estão sendo testadas agora em ensaios clínicos humanos placebo-controlados.

Uma doença análoga chamou a cardiomiopatia familiar do amyloid (FAC), que é causada pelo depósito de algumas variações de TTR no coração, conduz à deficiência orgânica e finalmente à insuficiência cardíaca congestiva cardíacas. Aproximadamente um milhão de afro-americanos levam o gene que os predispor a FAC. Uma outra doença do amyloid que afeta o coração, Amyloidosis sistemático senil (SSA), aflige uns 10 a 15 por cento calculado de todos os americanos sobre a idade de 80 e é associada com o depósito do tipo selvagem TTR.

Similarmente, beta as proteínas misfolded e misassembled do amyloid são provavelmente um jogador principal na doença de Alzheimer, porque podem acumular nas fibrilas e nas chapas que as autópsias revelam nos cérebros dos pacientes com a doença. Estas fibrilas e chapas e seus precursores são implicados na perda neuronal.

Alguns cientistas tentaram confrontar doenças do amyloid no laboratório administrando as drogas projetadas inibir o crescimento das fibrilas do estado misfolded. Contudo, isto provou frequentemente ineficaz porque a formação da fibrila é favorecida fortemente uma vez uma inicial, fibrila misfolded da “semente” forma.

Há alguns anos atrás, Kelly e seus colegas desenvolveram uma maneira nova de impedir que a proteína do mutante TTR forme fibrilas do amyloid. Em vez de impedir o anormal, misfolded subunidades da proteína conglomerating para formar chapas, podiam impedir que se tornem misfolded e anormais no primeiro lugar.

Administraram as moléculas pequenas que limitam às proteínas de TTR e as estabilizaram em seu estado tetrameric natural. Isto manteve as proteínas dobradas em seu formulário apropriado, fazendo o mais duro para que as subunidades de TTR separem-se, inibindo a formação de fibrilas--uma promessa de oferecimento da aproximação para o tratamento de amyloidoses de TTR.

Exportação da proteína, mutações, e controle da qualidade

Quando o trabalho que leva a cabo estratégias terapêuticas novas continuar no laboratório de Kelly, e seus colegas têm feito igualmente perguntas básicas sobre a biologia de doenças do amyloid. Particularmente, estão interessados em descobrir que controles o início, a selectividade do tecido e a progressão destas doenças.

Para investigar estas edições, Kelly e seus colegas estabeleceram uma colaboração com Balch, que estudou a maquinaria da exportação da pilha por um número de anos.

Exportar proteínas é uma das maneiras que as pilhas nos vários tecidos no corpo mantêm funções especializadas. Os exemplos da secreção tecido-específica da proteína abundam. As pilhas no fígado segregam proteínas de soro altamente abundantes tais como factores de coagulação, albumina e TTR. As pilhas na pele segregam proteínas inflamatórios no local de um corte para defender fora a infecção das bactérias que entram através do corte. As pilhas no cérebro segregam as proteínas que são envolvidas na neurotransmissão de modulação. E as pilhas no intestino segregam as proteínas projetadas digerir proteínas.

A maquinaria da exportação que conduz esta secreção é ficada situada dentro da pilha na superfície complicada da membrana do organelle da pilha conhecido como o segundo estômago endoplasmic. Aqui uma série complicada de eventos que envolvem centenas de componentes moleculars diferentes recolherá junto proteínas que a pilha está indo exportar dobrando e empacotando as em antecipação ao transporte.

Como em muitas outras áreas da biologia, a maquinaria da exportação da proteína foi pensada para jogar um papel no seguro esse as proteínas que são problemáticas--como aqueles que são misfolding inclinado--não será segregado. Estes caminhos estão previstos para seleccionar e degradar estas proteínas antes que estejam exportados.

Os cientistas têm supor por muito tempo que este processo era um tanto análogo às verificações de controle de qualidade que puderam existir em um contínuo em alguma fábrica genérica. Uma pessoa em um revestimento branco examina cada pacote como vai abaixo da linha, compara-à um padrão, e se qualquer pacote é danificado, a seguir rejeita-ao produto danificado. O controle da qualidade na secreção da proteína foi pensado para funcionar similarmente: nenhuma proteína que não compara favoràvel ao selvagem-tipo estabilidade não passaria o controle da qualidade e seria degradada.

Os cientistas têm supor por muito tempo que a estabilidade termodinâmica determinaria se uma proteína como TTR estaria segregada ou não. A estabilidade termodinâmica é uma indicação da tendência inerente de uma proteína estar em um estado ou em outro--dobrado, desdobrado, ou misfolded. Uma maneira de olhar isto é se você tem uma população das proteínas que são altamente estáveis thermodynamically, a seguir talvez 99 de cada cem serão dobrados correctamente. Em uma população menos thermodynamically de proteínas estáveis, será dobrado talvez somente parcialmente correctamente sob as mesmas circunstâncias.

Estranha, Kelly, Balch, e seus colegas encontraram que a eficiência da secreção da proteína não está correlacionada com a estabilidade termodinâmica de TTR. Fizeram experiências baseados em celulas e olharam a secreção de 32 variações de TTR, incluindo 23 que foram associadas realmente com as patologias da doença nos pacientes.

Estas 23 proteínas têm as substituições do ácido aminado que lhes fazem misfolding inclinado, e conseqüentemente se pôde esperar que estas instabilidades inerentes puderam lhes fazer uma degradação mais inclinada pelo mecanismo de controle da qualidade da pilha do que as proteínas normais de TTR. Contudo, todos os mutantes não eram degradados pela pilha.

“A maioria das proteínas do mutante que causam a doença são segregadas com selvagem-tipo eficiência,” diz Kelly. Contudo, adiciona, alguns tecidos é menos permissivo em termos da secreção de TTR, fazendo a provavelmente que a propensão específica da secreção do tecido influencia a especificidade do tecido dos amyloidoses de TTR.

Termodinâmica, cinética, e ambos

Pedido o que diz sobre o controle da qualidade se uma proteína que seja instável é exportado apenas tão eficientemente quanto uma que é estável nas pilhas que são mais permissivos, a resposta de Kelly e de Balch que o controle da qualidade pode ser o conceito errado. Você não pode pensar apenas sobre o termodinâmica da proteína, dizem.

Kelly e seus colegas encontraram, contudo, que as estabilidades termodinâmicas E cinéticas dos mutantes de TTR tomados junto contribuem à energética da dobra e prevêem a eficiência da secreção.

Que é a diferença? Considerando que a estabilidade termodinâmica é uma medida de como provavelmente uma proteína será dobrada ou misfolded, a estabilidade cinética é uma medida de como fácil é para que uma proteína individual passe de um estado em outro--ou como rapidamente o processo ocorre. Assim uma proteína cinètica estável tomará uns muitos tempos ir de um estado dobrado a um estado misfolded.

As proteínas do mutante TTR obtêm a ajuda no dobramento dentro do segundo estômago endoplasmic, onde o microambiente é aglomerado assim que se dobrar correctamente é difícil para toda a proteína. Lá, o corpo emprega o que são sabidas enquanto acompanhante moleculars para ajudar as proteínas a se dobrar correctamente.

Os acompanhante ajudam mesmo mutantes de TTR a dobrar-se correctamente. Isto cria uma situação infeliz porque a dobradura acompanhante-ajudada ocorrerá um pouco rapidamente, nos segundos. Uma vez que uma proteína do mutante TTR é dobrada correctamente, sua estabilidade cinética ou termodinâmica é geralmente altamente bastante que ficará dobrada correctamente por muito tempo bastante para ser segregado. Esta aparência decepcionante impedirá que esteja seleccionada para a degradação.

“Desestabilizou as proteínas que adotam um nativo ou a dobra próximo-nativa pode sair da pilha apenas tão eficientemente quanto o tipo selvagem proteína,” diz Luke Wiseman, um aluno diplomado na escola do Kellogg da pesquisa de Scripps da ciência e da tecnologia que é um dos autores principais no papel da pilha.

Encontra-se nisso o problema. A barreira de energia da maioria dos mutantes de TTR não é tão alta que estas proteínas nunca misfold--apenas fazem-na muito lentamente. Os mutantes ficarão dobrados por muito tempo bastante para ser segregado fora da pilha. Então, dado bastante hora, sua instabilidade termodinâmica inerente fará com que alguma deles misfold, inicie depósitos de amyloid nos tecidos em que são segregados, e crie patologias da doença.

“Uma vez que são lá fora, estão desestabilizados, e formam os agregados que causam a doença,” dizem Wiseman.

Em seus estudos, os pesquisadores encontraram que os tecidos diferentes têm capacidades de deferimento para segregar as proteínas que são desestabilizadas. Isto podia explicar uma das coisas da confusão sobre doenças do amyloid--determinadas mutações causam doenças tecido-específicas do amyloid. Os pacientes familiares da polineuropatia do amyloid têm chapas do amyloid em seus neurônios periféricos, por exemplo, e os pacientes familiares da cardiomiopatia do amyloid têm chapas do amyloid em seus corações, visto que os pacientes selectivos do amyloid do CNS têm depósitos em seus cérebros.

As diferenças em caminhos de dobramento tecido-específicos podem explicar porque os mutantes os mais desestabilizados de TTR são segregados por pilhas no cérebro, mas não são permitidas fora das pilhas em outros tecidos. Uma explicação possível para o baixo exame minucioso aparente exibido pelo cérebro é que o thyroxine da hormona actual em níveis elevados nos neurónios pode ligar à proteína TTR durante a secreção, estabilizando transiente formulários do mutante da proteína e permitindo sua exportação.

Quando seu estudo actual se centrar sobre o amyloidosis de TTR, tem implicações largas para doenças misfolding da proteína geralmente, diz Balch e Kelly. Por exemplo, na fibrose cística, um canal do cloreto (CFTR) que seja exigido na superfície de pilhas do pulmão para as fazer funcionar correctamente, é prendido pelo contrário em um estado parcialmente dobrado no segundo estômago endoplasmic e degradado. Compreendendo as regras novas que acoplam a cinética e o termodinâmica da dobradura de proteína com exportação, CFTR e outras doenças misfolding pode igualmente ser suscetível à correcção por moléculas pequenas.

O artigo, “a base biológica e química para a doença Tecido-Específica do Amyloid,” são sidos o autor por Yoshiki Sekijima, R. Luke Wiseman, Jeanne Matteson, por Hammarstrom, Sean R. Miller, Anu R. Sawkar, William E. Balch, e Jeffery W. Kelly e aparecem na introdução do 8 de abril de 2005 da pilha do jornal.