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Laser de raio X do uso dos cientistas para ganhar introspecções na estrutura das proteínas de Alzheimer

Um método experimental novo permite a análise de raio X dos amyloids, uma classe de grandes, biomoléculas filamentous que são uma indicação importante das doenças tais como Alzheimer e Parkinson. Uma equipe internacional dos pesquisadores dirigidos por cientistas de DESY usou um laser de raio X poderoso para ganhar introspecções na estrutura de amostras diferentes do amyloid. A dispersão de raio X das fibrilas do amyloid dá os testes padrões um tanto similares àqueles obtidos por Rosalind Franklin do ADN em 1952, que conduziu à descoberta da estrutura conhecida, a hélice dobro. O laser de raio X, trilhões das épocas mais intensas do que a câmara de ar de raio X de Franklin, abre a capacidade para examinar as fibrilas individuais do amyloid, os componentes de filamentos do amyloid. Com tais feixes de raio X poderosos todo o material estranho pode oprimir o sinal da amostra invisìvel pequena da fibrila. O filme Ultrathin do carbono - graphene - resolveu este problema para permitir que os testes padrões extremamente sensíveis sejam gravados. Isto marca uma etapa importante para o estudo de moléculas individuais usando lasers de raio X, um objetivo que os biólogos estruturais têm levado a cabo por muito tempo. Os cientistas apresentam sua técnica nova nas comunicações da natureza do jornal.

Os Amyloids são costas longas, pedidas das proteínas que consistem em milhares de subunidades idênticas. Quando os amyloids forem acreditados para jogar um maior protagonismo na revelação de doenças neurodegenerative, os formulários recentemente cada vez mais funcionais do amyloid estiveram identificados. ““Endorphin da hormona bem-disposto o”, por exemplo, pode formar fibrilas do amyloid na glândula pituitária. Dissolvem-se em moléculas individuais quando a acidez de seus arredores muda, depois do qual estas moléculas podem cumprir sua finalidade no corpo,” explicam o Carolin Seuring, um cientista no centro para a ciência do laser do Livre-Elétron (CFEL) e autor principal de DESY do papel. “Outras proteínas do amyloid, tais como aquelas encontradas em cérebros post-mortem dos pacientes que sofrem de Alzheimer, acumulam como fibrilas do amyloid no cérebro, e não podem ser divididas e conseqüentemente para danificar a longo prazo a função do cérebro.”

Os cientistas estão tentando determinar tão exactamente a estrutura espacial dos amyloids como possível, para usar esta informação a fim encontrar mais sobre como as fibrilas da proteína funcionam: “Nosso alvo é compreender o papel da formação e estrutura de fibrilas do amyloid no corpo e na revelação de doenças neurodegenerative,” diz Seuring em descrever a motivação da equipe. “A análise estrutural dos amyloids é complexa, e examiná-los que usam métodos existentes é impedido por diferenças entre as fibrilas dentro de uma única amostra.” A equipe usou o laser LCLS do livre-elétron do raio X no centro nacional do acelerador de SLAC nos E.U.

Um problema é que as costas dos amyloids, conhecidas como fibrilas, não podem ser crescidas como cristais, que é o método usual de executar estudos estruturais da definição atômica usando raios X. As fibrilas individuais do amyloid são somente alguns nanometres densamente e conseqüentemente geralmente demasiado pequeno para produzir um sinal mensurável quando expor aos raios X. Por este motivo, a aproximação usual é alinhar milhões destas fibrilas paralelas, e empacotando as de modo que seus sinais adicionem acima. Contudo, isto significa que os testes padrões de difracção estão produzidos pelo conjunto inteiro, e a informação sobre diferenças estruturais entre as fibrilas individuais está perdida. “Um maior parte de nossa compreensão sobre fibrilas do amyloid é derivado da ressonância magnética nuclear (NMR) e os dados da microscopia do cryo-elétron,” explicam Seuring. “Quando você trabalhar com amostras que são tão heterogêneas quanto amyloids, embora, e igualmente quando observando a dinâmica da formação da fibrila, os métodos existentes alcançarem seus limites.”

A fim aceder para estruturar no futuro a informação de tais amostras heterogêneas, a equipe optou para uma aproximação experimental nova. Em vez de suspender os amyloids individuais em um líquido de portador os cientistas colocaram-no em um portador contínuo ultrathin feito do graphene, em que os átomos de carbono são arranjados em um teste padrão sextavado um pouco como um favo de mel atômico. “Este apoio da amostra tem um benefício dobro,” diz o professor Henry Chapman de CFEL, que é um cientista do chumbo em DESY. “Por um lado, o graphene é apenas uma única camada de átomos finos e em contraste com as folhas résistentes de um líquido de portador um traço no teste padrão de difracção. Para uma outra coisa, sua estrutura regular certifica-se todas da proteína das fibrilas alinhar no mesmo sentido - pelo menos em domínios maiores.” Os testes padrões de difracção de fibrilas múltiplas sobrepor e reforçam um outro, bem como dentro um cristal, mas não há virtualmente nenhum fundo disruptivo que dispersa como no caso de um líquido de portador. Este método permite que os testes padrões de difracção sejam obtidos de mais pouca de 50 fibrilas do amyloid, de modo que as diferenças estruturais emerjam mais claramente. “Nós observamos assimetrias características em nossos dados que sugerem que nossa técnica poderia mesmo ser usada para determinar a estrutura de fibrilas individuais,” dizem Seuring.

“O instrumento CXI em LCLS forneceu um excepcionalmente brilhante, o feixe do nanofocus que permitiu que nós extraíssem dados de tais um pequeno número de fibras,” relata o co-autor Mengning Liang, um cientista em SLAC. As “fibrilas são uma terceira categoria de amostras que podem ser estudadas esta maneira com lasers de raio X, além do que únicos partículas e cristais. Em algumas considerações, fibrilas cabidas entre os outros dois: têm variações regulares, retornando na estrutura como cristais, mas sem a estrutura de cristal rígida.”

Os cientistas testaram seu método nas amostras do vírus de mosaico de tabaco, também examinadas primeiramente por Rosalind Franklin, e que forma filamentos de uma estrutura que seja sabida agora em grande detalhe. O teste forneceu de facto dados estruturais sobre o vírus uma precisão de 0,27 nanometres (milhonésimos de um milímetro) - correspondendo a uma definição quase na escala de um único átomo. O exame das fibrilas distintamente menores do amyloid feitas das fibrilas do endorphin assim como do amyloid feitas do bombesin da hormona, que é envolvido entre outras coisas em determinados tipos de cancro, igualmente forneceu alguma informação estrutural, uma precisão de 0,24 nanometres. Embora os dados sejam insuficientes para calcular a estrutura completa, o estudo mostra a grande promessa para a recuperação estrutural quando mais dados se tornam disponíveis, e abre um trajecto novo para a análise estrutural dos amyloids usando lasers de raio X. “É surpreendente que nós estamos realizando experiências muito similares como Franklin fez, mas estamos alcançando agora o nível de únicas moléculas,” diz Chapman.