Porqué diversos tejidos en el cuerpo humano varían en su susceptibilidad a las enfermedades “amiloideas”

Los investigadores en el The Scripps Research Institute están denunciando los resultados de un estudio reciente que dirija porqué diversos tejidos en el cuerpo humano varían en su susceptibilidad a las enfermedades “amiloideas”, que incluyen la enfermedad de Alzheimer y un atado de las dolencias llamadas los amyloidoses familiares.

Los amyloidoses familiares, en los cuales diversas mutaciones causan los investigadores enfocados su estudio, a una proteína humana llamaron transthyretin (TTR). Estas mutaciones hacen transthyretin inestable y predispuesto a misfolding de un normal, estructura segura a peligroso, las pegajosas que glom juntas y forman las fibrillas microscópicas, que entonces se agrupan para formar placas amiloideas más grandes que depositen en nervios periféricos, los órganos, y a veces en el sistema nervioso central.

Extraño, las mutaciones de algún TTR hacen las fibrillas apuntar el corazón, otras hacen las fibrillas formar en el sistema nervioso periférico, y todavía otras hacen las fibrillas formar en la tripa o en el cerebro. En la última aplicación la célula del gorrón, el equipo de investigación de Scripps está describiendo la base química y biológica para esta selectividad del tejido.

Está no sólo, dice a los científicos, que ciertos tejidos como el cerebro son más susceptibles a las placas amiloideas porque son apuntados específicamente por las proteínas misfolded de TTR, pero bastante porque las células que secretan las proteínas en estos tejidos son las que secretan las proteínas malas lo más eficientemente posible.

“La mayor parte de las variantes desestabilizadas de TTR tienden a ser secretadas dentro de tejidos susceptibles apenas tan eficientemente como las proteínas normales de TTR, aunque se desestabilizan substancialmente,” dicen a profesor Jeffery W. Kelly, el Ph.D., que de la investigación de Scripps llevó la investigación con profesor Guillermo E. Balch de la investigación de Scripps, Ph.D. Kelly son el profesor de Lita Annenberg Hazen de la química, una pieza del instituto de Skaggs para la biología química, y vicepresidente de asuntos académicos en el The Scripps Research Institute.

“La capacidad de la célula de liberar eficientemente la proteína misfolded ofrece un llamativo y nueva vista inesperada de la operación de los caminos celulares de la secreción,” dice a Balch, que es profesor en el departamento de la biología celular de la investigación de Scripps y el instituto para la niñez y las enfermedades descuidadas. “Estos resultados sugieren que poder poder corregir estas enfermedades por las pequeñas moléculas que apuntan las reglas fundamentales que conducen el plegamiento de proteína y la función secretor del camino.”

El Amyloidosis está todo en cómo la proteína dobla

Por décadas, los científicos han sabido que las proteínas tienen la propensión a doblar en una estructura tridimensional determinada basada en la serie determinada de aminoácidos que la carrocería ata juntos. Los científicos también han sabido que la estructura de una proteína es esencial para la función de la proteína, y que una proteína revelada puede no ser funcional. En los años últimos, también han sido cada vez más enterada del peligro de misfolding y del malo montaje de la proteína.

El Misfolding puede cambiar una proteína algo que es útil en algo que es malo montaje propenso, haciéndolo dañino--incluso tóxico. E incluso durante una proteína correctamente doblada puede ser esencial para la salud humana, las proteínas que misfolded son la causa de muchas diversas enfermedades misfolding, tales como Parkinson, Huntington, y las enfermedades amiloideas mencionadas anteriormente.

La polineuropatía amiloidea familiar (FAP), por ejemplo, es una colección de más de 80 enfermedades amiloideas raras causadas por misfolding de una proteína del transthyretin (TTR) del mutante, que el hígado secreta en la circulación sanguínea para llevar la hormona tiroidea y la vitamina A. Normalmente, TTR circula en la sangre como “tetrámero activo” compuesta de cuatro copias separadas, o las subunidades de la proteína, que obran recíprocamente con uno a.

Estos tetrámeros, integrados normalmente por subunidades idénticas de la proteína, vienen a partir de dos diversos genes. Cuando uno de los genes tiene un defecto hereditario, los tetrámeros híbridos forman que se componen de mutante y de subunidades normales. La partícula extraña de subunidades transformadas hace el tetrámero menos estable y causa las cuatro subunidades a disocia más fácilmente. Una vez que las subunidades están libres, misfold y vuelven a montar en varilla-como las fibrillas amiloideas. El proceso de la formación de la fibrilla causa la enfermedad FAP comprometiendo el tejido periférico del nervio y del músculo, rompiendo su función y llevando al entumecimiento, debilidad muscular, y--en casos avanzados--falla del sistema nervioso autonómico, incluyendo el aparato gastrointestinal. El tratamiento actual para FAP es un trasplante del hígado, que reemplaza el gen de mutante por una copia normal. Sin embargo, las pequeñas terapias de la molécula desarrolladas previamente por el laboratorio de Kelly ahora se están probando en juicios clínicas humanas placebo-controladas.

Una enfermedad análoga llamó la cardiomiopatía amiloidea familiar (FAC), que es causada por la deposición de algunas variantes de TTR en el corazón, lleva a la disfunción y final a la insuficiencia cardiaca congestiva cardiacas. Cerca de un millón afroamericanos llevan el gen que los predispone a FAC. Otra enfermedad amiloidea que afecta al corazón, Amyloidosis sistémico senil (SSA), aflige a un 10 a 15 por ciento estimado de todos los americanos sobre la edad de 80 y se asocia a la deposición del tipo salvaje TTR.

Semejantemente, las proteínas beta amiloideas misfolded y misassembled son probablemente un jugador importante en enfermedad de Alzheimer, porque pueden acumular en las fibrillas y las placas que las autopsias revelan en los cerebros de pacientes con la enfermedad. Estas fibrillas y placas y sus precursores se implican en baja neuronal.

Algunos científicos han intentado enfrentar enfermedades amiloideas en el laboratorio administrando las drogas diseñadas para inhibir el incremento de fibrillas del estado misfolded. Sin embargo, esto ha probado a menudo ineficaz porque la formación de la fibrilla se favorece fuertemente una vez una inicial, fibrilla misfolded de la “semilla” forma.

Hace unos años, Kelly y sus colegas desarrollaron una nueva manera de evitar que la proteína del mutante TTR forme las fibrillas amiloideas. En vez de evitar el anormal, misfolded las subunidades de la proteína conglomerating para formar placas, podían evitar que lleguen a ser misfolded y anormales en el primer lugar.

Administraron las pequeñas moléculas que limitan a las proteínas de TTR y las estabilizaron en su estado tetramérico natural. Esto mantuvo las proteínas dobladas su forma apropiada, haciéndolo más duro para que las subunidades de TTR disocien, inhibiendo la formación de fibrillas--una promesa de ofrecimiento de la aproximación para el tratamiento de los amyloidoses de TTR.

Exportación, mutaciones, y control de calidad de la proteína

Mientras que el trabajo que perseguía nuevas estrategias terapéuticas ha continuado en el laboratorio de Kelly, él y sus colegas también han estado haciendo preguntas básicas acerca de la biología de enfermedades amiloideas. Determinado, están interesados en el descubrimiento de qué mandos el inicio, la selectividad del tejido y la progresión de estas enfermedades.

Para investigar estas entregas, Kelly y sus colegas establecieron una colaboración con Balch, que ha estudiado la maquinaria de la exportación de la célula para un cierto número de años.

La exportación de las proteínas es una de las maneras que las células en los diversos tejidos en la carrocería mantienen funciones especializadas. Los ejemplos de la secreción tejido-específica de la proteína abundan. Las células en el hígado secretan las proteínas de suero altamente abundantes tales como factores de coagulación, albúmina y TTR. Las células en la piel secretan las proteínas inflamatorias en el sitio de un corte para rechazar la infección de las bacterias que entran a través del corte. Las células en el cerebro secretan las proteínas que están implicadas en la neurotransmisión de modulación. Y las células en la tripa secretan las proteínas diseñadas para digerir las proteínas.

La maquinaria de la exportación que impulsa esta secreción está situada dentro de la célula en la superficie enrollada de la membrana del organelo de la célula conocido como el retículo endoplásmico. Aquí una serie complicada de acciones que implican centenares de diversos componentes moleculares recolectará juntas las proteínas que la célula va a exportar doblándolas y empaquetando antes del envío.

Como en muchas otras áreas de la biología, la maquinaria de la exportación de la proteína fue pensada para desempeñar un papel en el aseguramiento ese las proteínas que son problemáticas--por ejemplo los que son el misfolding propenso--no será secretado. Estos caminos se preven para seleccionar y para degradar estas proteínas antes de que se exporten.

Los científicos han asumido de largo que este proceso era algo análogo a las verificaciones del control de calidad que pudieron existir en un de la línea de montaje en algún fábrica genérico. Una persona en una cubierta blanca examina cada empaquetar como va abajo de la línea, la compara a un patrón, y si se daña cualquier empaquetar, después desecha el producto dañado. El control de calidad en la secreción de la proteína fue pensado para funcionar semejantemente: ninguna proteína que no compara favorable al salvaje-tipo estabilidad no pasaría control de calidad y sería degradada.

Los científicos han asumido de largo que la estabilidad termodinámica determinaría si una proteína como TTR sería secretada o no. La estabilidad termodinámica es una indicación de la tendencia inherente de una proteína de estar en un estado u otro--doblado, revelado, o misfolded. Una manera de observar esto es si usted tiene una población de proteínas que sean altamente estables termodinámico, después quizás 99 fuera de cada ciento serán doblados correctamente. En una población menos termodinámico de proteínas estables, será doblado quizás solamente a medias correctamente bajo mismas condiciones.

Extraño, Kelly, Balch, y sus colegas encontraron que la eficiencia de la secreción de la proteína no está correlacionada con la estabilidad termodinámica de TTR. Hicieron los experimentos célula-basados y observado la secreción de 32 variantes de TTR, incluyendo 23 que se han asociado real a patologías de la enfermedad en pacientes.

Estas 23 proteínas tienen substituciones del aminoácido que les hagan misfolding propenso, y por lo tanto uno pudo contar con que estas inestabilidades inherentes puedan hacerles una degradación más propensa por el mecanismo del control de calidad de la célula que las proteínas normales de TTR. Sin embargo, los mutantes no eran todos degradados por la célula.

“La mayor parte de las proteínas del mutante que causan la enfermedad se secretan con el salvaje-tipo eficiencia,” dice Kelly. Sin embargo, él agrega, algunos tejidos es menos permisivo en términos de secreción de TTR, haciéndola probablemente que la propensión específica de la secreción del tejido influencia la especificidad del tejido de los amyloidoses de TTR.

La termodinámica, la cinética, y ambas

Pedido qué dice sobre control de calidad si una proteína que sea inestable se exporta apenas tan eficientemente como una que sea estable en las células que son más permisivas, la respuesta de Kelly y de Balch que el control de calidad puede ser el concepto incorrecto. Usted no puede pensar apenas en la termodinámica de la proteína, dicen.

Kelly y sus colegas encontraron, sin embargo, que las estabilidades termodinámicas Y cinéticas de los mutantes de TTR tomados juntos contribuyen a la energética del doblez y predicen eficiencia de la secreción.

¿Cuál es la diferencia? Considerando que la estabilidad termodinámica es una dimensión de cómo una proteína será doblada o misfolded probablemente, la estabilidad cinética es una dimensión de cómo es fácil está para que una proteína individual pase a partir de un estado en otro--o cómo rápidamente ocurre el proceso. Una proteína cinético estable tardará tan un tiempo largo para ir de un estado doblado a un estado misfolded.

Las proteínas del mutante TTR consiguen ayuda en doblar dentro del retículo endoplásmico, donde el microambiente se aprieta tan que el doblar correctamente es difícil para cualquier proteína. Allí, la carrocería emplea qué se saben mientras que las señoras de compañía moleculares para ayudar a las proteínas para doblar correctamente.

Las señoras de compañía incluso ayudan a mutantes de TTR para doblar correctamente. Esto crea una situación lamentable porque ocurrirá el plegamiento señora de compañía-ayudado bastante rápidamente, en segundos. Una vez que una proteína del mutante TTR se dobla correctamente, su estabilidad cinética o termodinámica es generalmente arriba bastante que tirante doblada correctamente de largo bastante para ser secretado. Este aspecto engañoso evitará que sea seleccionada para la degradación.

“Desestabilizó las proteínas que adoptan un nativo o el doblez cercano-nativo puede salir de la célula apenas tan eficientemente como el tipo salvaje proteína,” dice a Lucas Wiseman, estudiante de tercer ciclo en la escuela de Kellogg de la investigación de Scripps de la ciencia y de la tecnología que es uno de los autores importantes en el papel de la célula.

En esto miente el problema. La barrera de energía la mayor parte de los mutantes de TTR no es tan alta que estas proteínas nunca misfold--apenas la hacen muy despacio. Los mutantes tirante doblados de largo bastante para ser secretado fuera de la célula. Entonces, dado suficiente tiempo, su inestabilidad termodinámica inherente hará algunos de ellos para misfold, para iniciar depósitos amiloideos en los tejidos en los cuales se secretan, y para crear las patologías de la enfermedad.

“Una vez que están ahí fuera, se desestabilizan, y forman los agregados que causan la enfermedad,” dicen Wiseman.

En sus estudios, los investigadores encontraron que diversos tejidos tienen capacidades que difieren de secretar las proteínas se desestabilizan que. Esto podía explicar una de las cosas de la confusión sobre enfermedades amiloideas--ciertas mutaciones dan lugar a enfermedades amiloideas tejido-específicas. Los pacientes amiloideos familiares de la polineuropatía tienen placas amiloideas en sus neuronas periféricas, por ejemplo, y los pacientes amiloideos familiares de la cardiomiopatía tienen placas amiloideas en sus corazones, mientras que los pacientes amiloideos selectivos del CNS tienen depósitos en sus cerebros.

Las diferencias en caminos que doblan tejido-específicos pueden explicar porqué los mutantes desestabilizados de TTR son secretados por las células en el cerebro, pero no se permiten fuera de las células en otros tejidos. Una explicación posible para el escrutinio evidente inferior exhibido por el cerebro es que la tiroxina de la hormona presente en los niveles en las neuronas puede atar a la proteína TTR durante la secreción, estabilizando transitorio las formas del mutante de la proteína y permitiendo su exportación.

Mientras que su estudio actual se centra en amyloidosis de TTR, hace que las implicaciones amplias para las enfermedades misfolding de la proteína generalmente digan Balch y Kelly. Por ejemplo, en fibrosis quística, un canal del cloruro (CFTR) que se requiere en la superficie de las células del pulmón para hacer que funcionan correctamente, se atrapa en lugar de otro en un estado parcialmente doblado en el retículo endoplásmico y se degrada. Entendiendo las nuevas reglas que acoplan la cinética y la termodinámica del plegamiento de proteína con la exportación, CFTR y otras enfermedades misfolding puede también ser susceptible a la corrección por las pequeñas moléculas.

El artículo, “la base biológica y química para la enfermedad amiloidea Tejido-Específica,” es sido autor por Yoshiki Sekijima, R. Lucas Wiseman, Jeanne Matteson, por Hammarstrom, Sean R. Miller, Anu R. Sawkar, Guillermo E. Balch, y Jeffery W. Kelly y aparece en la aplicación del 8 de abril de 2005 la célula del gorrón.