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a proteína Luz-ativada restaura a função de mitochondrion no modelo da mosca de fruto da doença de Parkinson

Uma proteína sensível à luz pode restaurar as mitocôndria funciona nas moscas de fruto que carregam uma mutação genética associada com a doença de Parkinson e alivia seus sintomas, relata pesquisadores na universidade de Juntendo na biologia das comunicações do jornal.  Os resultados fornecem uma “prova de conceito” para a aproximação como um tratamento potencial para a doença de Parkinson.

【Juntendo Research Video】Dr. Imai, the Department of Research for Parkinson’s Disease(今居 譲 先任准教授)

A doença de Parkinson é calculada para afectar 10 milhões mundiais, com uma predominância de quase 2 em cada 100 entre aqueles 80 envelhecidos e sobre. A falha funcional nas mitocôndria - conhecidas como as casas da potência das pilhas - é pensada para conduzir a muitos sintomas da doença, que impactam primeiramente a mobilidade tendo por resultado a agitação, a lentidão e a rigidez, mas igualmente inclui um número de físico, cognitivo e os sintomas psicológicos tais como o nervo causam dor, vertigem, demência e depressão. O Imai de Yuzuru e Nobutaka Hattori na universidade e nos colegas de Juntendo na universidade de Shizuoka e de universidade de Waseda em Japão têm desenvolvido agora uma proteína luz-ativada, nomeada mito-Delta-rhodopsin (mito-Dr.), essa função de mitochondrion das restaurações em um modelo da mosca de fruto da doença.

A pesquisa precedente tem aguçado para mutações no gene CHCHD2 da codificação da proteína como a causa da doença, assim como identifica um número de processos celulares que a doença afecta. Em termos dos processos productores de energia, a produção de ATP - a moeda da energia nas pilhas - é diminuída e a geração de aumentos reactivos da espécie do oxigênio. Outras mudanças incluem uma acumulação de α-synuclein, de uma proteína encontrada na maior parte nas pontas dos neurônios, de uma falta da protecção dos níveis de íons de Ca2+, que transferem sinais em torno do sistema nervoso, e finalmente de uma perda de neurônios dopaminergic.

Como um modelo para estudar a doença, o Imai, Hattori e os colegas usaram a drosófila onde o analog da mosca para o gene CHCHD2 foi feito inoperante (batido para fora). Encontraram que a produção diminuída do ATP, a espécie reactiva aumentada do oxigênio, a acumulação do α-synuclein e a perda de Ca2+-buffering, assim como a perda do neurônio resultaram toda da alteração genética.

As funções mitocondriais envolvem a interacção de ciclos complexos da reacção, de processos dos redox e de forças electroquímicas. Na esperança de restaurar as funções perdidas, os pesquisadores examinaram os efeitos quando as moscas foram tratadas com as mitocôndria projetadas expressar uma proteína luz-ativada do Proton-transportador - Delta-rhodopsin. Encontraram que com a exposição para iluminar as mitocôndria as funções estiveram restauradas nas moscas que expressam esta proteína nas mitocôndria da pilha. Igualmente notaram os efeitos benéficos em funções mitocondriais de terminais dopaminergic, aumentaram a produção da dopamina, a actividade locomotora e o comportamento do vôo.

As mesmas funções não foram restauradas nos controles que expressam o mito-Dr. projetado não responder à luz, confirmando que a acção da proteína luz-ativada e não da luz própria era responsável para as recuperações observadas. Os pesquisadores concluem que os resultados fornecem uma prova do ` de conceito' para uma estratégia terapêutica potencial para a doença de Parkinson.

Fundo

Reacções dos Redox

As reacções que adicionam átomos de oxigênio a uma molécula são chamadas as reacções de oxidação e as aquelas que reduzem o número de átomos de oxigênio são chamadas reacções da redução. Como uma extensão de seu papel nestas reacções, transferência dos íons de hidrogênio (H+) e os elétrons são descritos igualmente como oxidando e reduzindo-se, ou colectivamente o redox, processos.

Mitocôndria e energia

O triphosphate de adenosina (ATP) é o produto químico responsável para capturar a energia química da divisão do alimento de modo que possa ser usado para abastecer as funções das pilhas durante todo o corpo. As mitocôndria produzem o ATP oxidando o piruvato e o NADH, os produtos principais da glicose. O processo inclui uma série de reacções chamadas o ciclo de ácido cítrico. O piruvato é transportado activamente através da membrana mitocondrial interna à matriz mitocondrial onde as enzimas cítricas do ciclo são encontradas. O ciclo cítrico igualmente produz os cofactor reduzidos que são uma fonte de elétrons no comboio do transporte do elétron.

As pequenas quantidades de energia liberadas em transferência dos produtos químicos que alimentam na corrente de transporte do elétron podem ser usadas para bombear protão no espaço do intermembrane, que estabelece um inclinação eletroquímico através da membrana interna. Os elétrons que reduzem prematuramente o oxigênio neste processo podem conduzir à espécie reactiva do oxigênio e causar o esforço oxidativo às mitocôndria, que é relacionado a diminuição mitocondrial relativa à idade. Inversamente o escape do protão pode abaixar a produção de espécie reactiva do oxigênio e está pensado para ocorrer enquanto a força mitocondrial do Proton-motriz aumenta.

As mitocôndria podem igualmente armazenar íons de Ca2+. Regular a concentração destes íons afecta as reacções do sinal importantes para a transdução do sinal na pilha. A liberação destes íons pode conduzir aos pontos e às mudanças do íon do cálcio no potencial da membrana. Pode igualmente provocar a liberação dos neurotransmissor em pilhas e em hormonas de nervo em pilhas da glândula endócrina.

Delta-rhodopsin

O Delta-rhodopsin (dR) é um tipo de bactérias que prospere em concentrações altas de sal. Conduz o transporte de íon unidireccional em resposta à luz com o isomerization - um rearranjo da transmembrana dos átomos constitutivos - de um formulário da vitamina A conhecido como retina.

Em suas experiências de controle os pesquisadores substituem dois dos resíduos chaves envolvidos no isomerization com os ácidos aminados não-funcionais. De modo que o Dr. do controle embora o presente não fosse activado pela luz.

Source:
Journal reference:

Imai, Y., et al. (2020) Light-driven activation of mitochondrial proton-motive force improves motor behaviors in a Drosophila model of Parkinson’s disease. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-019-0674-1.