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Laser de radiografía del uso de los científicos para ganar discernimientos en la estructura de las proteínas de Alzheimer

Un nuevo método experimental permiso el análisis de radiografía de amiloides, una clase de las biomoléculas grandes, filamentosas que son un sello importante de enfermedades tales como Alzheimer y Parkinson. Las personas internacionales de los investigadores dirigidos por los científicos de DESY han utilizado un laser de radiografía potente para ganar discernimientos en la estructura de diversas muestras amiloideas. El dispersar de radiografía de las fibrillas amiloideas da las configuraciones algo similares a ésas obtenidas por Rosalind Franklin de la DNA en 1952, que llevó al descubrimiento de la estructura bien conocida, el doble hélice. El laser de radiografía, trillones de las épocas más intensas que el tubo de la radiografía de Franklin, abre la capacidad de examinar las fibrillas amiloideas individuales, los componentes de filamentos amiloideos. Con tales haces de radiografía potentes cualquier material extraño puede abrumar la señal de la muestra invisiblemente pequeña de la fibrilla. La película de carbono ultrafina - graphene - resolvió este problema para permitir que las configuraciones extremadamente sensibles sean registradas. Esto marca un paso importante hacia estudiar las moléculas individuales usando los laseres de radiografía, una meta que los biólogos estructurales han estado persiguiendo de largo. Los científicos presentan su nueva técnica en las comunicaciones de la naturaleza del gorrón.

Los amiloides son cabos largos, pedidos de las proteínas que consisten en millares de subunidades idénticas. Mientras que los amiloides se creen para desempeñar un papel principal en el revelado de enfermedades neurodegenerative, se han determinado las formas amiloideas recientemente cada vez más funcionales. ““Endorphin de la hormona agradable el”, por ejemplo, puede formar las fibrillas amiloideas en la glándula pituitaria. Disuelven en las moléculas individuales cuando la acidez de sus alrededores cambia, después de lo cual estas moléculas pueden satisfacer su propósito en la carrocería,” explican Carolin Seuring, científico en el centro para la ciencia de electrón libre del laser (CFEL) y el autor principal de DESY del papel. “Otras proteínas amiloideas, tales como ésas encontradas en cerebros post mortem de los pacientes que sufren de Alzheimer, acumulan como fibrillas amiloideas en el cerebro, y no se pueden analizar y por lo tanto para empeorar la función del cerebro a largo plazo.”

Los científicos están intentando determinar la estructura espacial de amiloides tan exacto como sea posible, para utilizar esta información para descubrir más sobre cómo funcionan las fibrillas de la proteína: “Nuestro objetivo es entender el papel de la formación y estructura de fibrillas amiloideas en la carrocería y en el revelado de enfermedades neurodegenerative,” dice Seuring en la descripción del estímulo de las personas. “El análisis estructural de amiloides es complejo, y el examen de ellos usando métodos existentes es obstaculizado por diferencias entre las fibrillas dentro de una única muestra.” Las personas utilizaron el laser de electrón libre LCLS de la radiografía en el centro nacional del acelerador de SLAC en los E.E.U.U.

Un problema es que los cabos de amiloides, conocidos como fibrillas, no se pueden crecer como cristales, que es el método usual de realizar estudios estructurales de la resolución atómica usando radiografías. Las fibrillas amiloideas individuales son solamente algunos nanometres densamente y por lo tanto generalmente demasiado pequeño producir una señal mensurable cuando están expuestas a las radiografías. Por este motivo, la aproximación usual es alinearse millones de estas fibrillas paralelas, y liándolas de modo que sus señales agreguen hacia arriba. Sin embargo, esto significa que las configuraciones de difracción son producidas por el conjunto entero, y la información sobre diferencias estructurales entre las fibrillas individuales está perdida. “Derivan a un mayor parte de nuestra comprensión sobre las fibrillas amiloideas de resonancia magnética nuclear (NMR) y los datos de la microscopia del cryo-electrón,” explican Seuring. “Cuando usted está trabajando con las muestras que son tan heterogéneas como los amiloides, aunque, y también cuando observan la dinámica de la formación de la fibrilla, los métodos existentes alcanzan sus límites.”

Para acceder para estructurar la información de tales muestras heterogéneas en el futuro, las personas optaron por una nueva aproximación experimental. En vez de suspender los amiloides individuales en un líquido de onda portadora los científicos lo colocaron en una onda portadora sólida ultrafina hecha del graphene, en el cual los átomos de carbono se arreglan en una configuración hexagonal bastante como un panal atómico. “Este apoyo de la muestra tiene una ventaja doble,” dice a profesor Henry Chapman de CFEL, que es científico del guía en DESY. “Para una cosa, graphene está apenas un de una sola capa de los átomos finos y en contraste con las hojas resistentes de un líquido de onda portadora un trazo en la configuración de difracción. Para otra cosa, su estructura regular se asegura de las fibrillas todas de la proteína para alinear en la misma dirección - por lo menos en dominios más grandes.” Las configuraciones de difracción de fibrillas múltiples recubren y refuerzan uno otro, como hacia adentro un cristal, pero no hay virtualmente fondo disruptivo que dispersa como en el caso de un líquido de onda portadora. Este método permite que las configuraciones de difracción sean obtenidas de más poco de 50 fibrillas amiloideas, de modo que emerjan las diferencias estructurales más sin obstrucción. “Hemos observado asimetrías características en nuestros datos que sugieren que nuestra técnica se podría incluso utilizar para determinar la estructura de fibrillas individuales,” dicen Seuring.

“El instrumento CXI en LCLS ofreció un excepcionalmente brillante, el haz del nanofocus que permitió que extrajéramos datos de tales una pequeña cantidad de fibras,” denuncia al co-autor Mengning Liang, científico en SLAC. Las “fibrillas son una tercera categoría de las muestras que se pueden estudiar esta manera con los laseres de radiografía, además de únicos partículas y cristales. En algunos respetos, fibrillas ajustadas entre los otros dos: tienen variaciones regulares, que se repiten en estructura como cristales, pero sin la estructura cristalina rígida.”

Los científicos probaron su método en las muestras del virus de mosaico de tabaco, también primero examinadas por Rosalind Franklin, y que forma filamentos de una estructura que ahora se sepa con gran detalle. La prueba de hecho proveyó de datos estructurales sobre el virus una exactitud de 0,27 nanometres (millionths de un milímetro) - correspondiente a una resolución casi en la escala de un único átomo. El examen de fibrillas amiloideas distintamente más pequeñas hechas de las fibrillas del endorphin así como del amiloide hechas del bombesin de la hormona, que está implicado entre otras cosas en ciertos tipos de cáncer, también proveyó de una cierta información estructural, una exactitud de 0,24 nanometres. Aunque los datos fueran escasos para calcular la estructura completa, el estudio muestra la gran promesa para la extracción estructural cuando más datos están disponibles, y abre un nuevo camino para el análisis estructural de amiloides usando los laseres de radiografía. “Es asombroso que estamos realizando experimentos muy similares como lo hizo Franklin, pero ahora estamos alcanzando el nivel de únicas moléculas,” dice al buhonero.