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La protéine LRRK2 est un objectif thérapeutique principal pour la maladie de Parkinson

Une protéine évasive qu'on considèrent la clavette de comprendre entièrement les causes de la maladie de Parkinson génétique est venue beaucoup plus clair dans l'orientation.

Influencer des millions autour du monde, Parkinson est un trouble neurologique qu'attaque graduel des fonctionnements de moteur, menant aux dégâts durables dans le mouvement et la coordination, entre d'autres endroits.

Les chercheurs étudiant les causes primaires de la maladie se sont concentrés sur des mutations de la protéine connue sous le nom de kinase riche en leucine 2 de répétition, ou LRRK2. La compréhension comment LRRK2 perturbe le fonctionnement normal a été due difficile à un manque d'information sur la structure de la protéine.

Puisque LRRK2 est un objectif important de médicament, les efforts pour déchiffrer l'architecture de LRRK2 ont même compris lancer des échantillons dans l'espace comme voie d'employer des états de microgravité pour aider à crystalize des échantillons de protéine, mais sans la réussite.

Maintenant, les scientifiques de San Diego d'Université de Californie employant des technologies de pointe ont produit les premières visualisations de LRRK2 à l'intérieur de son environnement cellulaire naturel et du premier modèle à haute résolution de la protéine.

Ils sont accrus ces descriptions pour décrire comment LRRK2 grippe pistes appelées cellulaires des aux microtubules et agit en tant que barrage de route pour les moteurs qui déménagent le long de ces pistes. Les découvertes sont décrites en deux rapports de recherche publiés dans les tourillons cellule et nature.

« Ces deux articles prennent des pas de géant vers développer une thérapeutique plus efficace pour la maladie de Parkinson, qui influence tant de durées, » ont dit la Division de doyen Kit Pogliano, PhD, un professeur des sciences biologiques dans la partie de biologie moléculaire.

La « combinaison de la microscopie de cryo-électron avec la représentation sous tension de cellules permet à des chercheurs de voir des protéines fonctionner à l'intérieur des cellules et à plus rapidement pour déterminer comment les médicaments potentiels affectent leur fonctionnement. Ceci accélérera la découverte de médicaments et fournira l'espoir neuf à ceux souffrant de cette maladie débilitante. »

LRRK2 : un objectif thérapeutique principal pour la maladie de Parkinson

Connu comme kinase, LRRK2 est un type d'enzyme qui ajoute les balises chimiques de phosphate à d'autres protéines, influençant leur fonctionnement. Les mutations LRRK2 sont la cause principale des formes héritées de la maladie de Parkinson, mais les chercheurs ne comprennent pas entièrement comment cette enzyme fonctionne normalement ou dans des conditions de la maladie.

Les réponses à de telles questions ont été vigoureusement poursuivies, particulièrement parce que les kinases sont l'un des objectifs pharmacologiques les plus déterminés pour la thérapeutique. Depuis que le gène LRRK2 a été la première fois copié en 2004, il y a eu énormément d'effort consacré à le viser pour la demande de règlement de Parkinson.

Susan Taylor, une autorité de renommée mondiale dans les kinases, identifiées que les compétences chez Uc San Diego ont été idéalement adaptées à aborder ce problème. Avec le support du Michael J. Fox Foundation https://www.michaeljfox.org, une équipe internationale, y compris des chercheurs en travers d'Uc San Diego, présenté pour étudier LRRK2 utilisant des technologies nouvelles.

Un modèle cellulaire de LRRK2 sur des microtubules

Comme décrit dans le papier de cellules, les chercheurs d'Uc San Diego aboutis par la villa d'Elizabeth, le PhD, et ses collègues sont accrus la technologie d'inauguration neuve connue sous le nom de tomographie de cryo-électron (cryo-ET), une modalité de la microscopie de cryo-électron (cryo-FIN DE SUPPORT), de voir LRRK2 dans son environnement naturel dans des cellules et de décrire sa structure à un niveau précédemment invisible.

Dans de nombreux cas, quand les chercheurs recherchent à déterminer la structure d'une protéine, ils commencent en isolant la protéine en dehors de des cellules. En employant cryo-FIN DE SUPPORT, les scientifiques gèlent les molécules dans une couche mince de glace, préservant leur structure, et déterminent leur structure à la haute résolution. Au lieu de cela, les cellules congelées par images de l'équipe de la villa qui contiennent les molécules à l'étude, prenant décrit à différentes cornières, en quelque sorte comme un tomodensitogramme.

« Nous avons soulevé le capot pour regarder à l'intérieur de la cellule les molécules gelées recueillies en plein pendant agir l'un sur l'autre les uns avec les autres dans différentes places dans la cellule, » a dit la villa, qui a noté la signification de codévelopper les instruments tranchants utilisés dans l'étude avec Fisher thermo des efforts considérables scientifiques et d'Uc San Diego en déterminant une installation cryo-FIN DE SUPPORT neuve sur le campus.

« Nous avions l'habitude l'électron et les faisceaux ioniques comme un sabre léger pour souffler les parties à l'opposé de la cellule. Au milieu nous avons laissé un hublot qui contient les molécules que nous sommes intéressés à regarder. »

Les chercheurs ont également utilisé la photomicroscopie pour trouver les molécules dans des cellules, et les outils avancés de modélisation numérique pour développer un modèle intégrateur à haute résolution d'un mutant LRRK2. Leurs caractéristiques ont indiqué LRRK2 lié aux grandes routes cellulaires, microtubules appelés, les décorant dans une géométrie d'une manière éblouissante régulière et inattendue, et ont prévu que la kinase de LRRK2 a ressemblé à une condition de « vitesse surmultipliée » connue pour se produire dans la maladie de Parkinson.

« Cette combinaison des techniques neuves puissantes a été appliquée pour la première fois dans cette recherche et a permis pour entrer les premiers aperçus dans la structure d'un mutant LRRK2, avec l'avantage ajouté de son contexte cellulaire, » a dit la villa.

« À notre connaissance c'est la structure la plus de haute résolution d'une protéine humaine qui a été déterminée à l'intérieur des cellules avant d'utiliser les outils biochimiques conventionnels. Nous portons la structure à la biologie cellulaire. »

Un modèle moléculaire de LRRK2

Afin de comprendre comment LRRK2 fonctionne à un niveau chimique et pour concevoir la thérapeutique, une structure encore plus de haute résolution est exigée pour indiquer la position des atomes et comment ils agissent l'un sur l'autre avec des médicaments potentiels.

Dans l'étude de nature, le Co-sénior écrit le Samara Reck-Peterson, PhD, et Andres Leschziner, PhD, a jeté un coup d'oeil plus profond à la structure et au fonctionnement de LRRK2 et s'est associé au groupe de la villa pour déterminer comment LRRK2 agit l'un sur l'autre avec des microtubules.

Utilisant cryo-FIN DE SUPPORT, l'équipe de Leschziner a capté l'image-à-date la plus détaillée de la structure de LRRK2, vers le bas au niveau atomique. Stefan Knapp, un professeur à l'université de Goethe à Francfort Allemagne, et son groupe étaient également instrumental comme ils ont déterminé comment rendre LRRK2 menable pour le travail structurel.

La structure a comporté les fins commerciales de la protéine - ; ce qui comprend la pièce qui étiquette d'autres protéines avec des phosphates. L'emplacement des mutations du pathogène de tout le Parkinson principal est trouvé en cette structure.

Ensuite, le groupe de Leschziner a combiné leur structure avec la villa et a fourni un modèle qui explique comment LRRK2 grippe aux microtubules.

« Vous pouvez penser à la pièce de kinase de LRRK2 en tant qu'un peu comme Pacman, elle peut être ou ouverte ou fermé, » a dit Leschziner, professeur à l'École de Médecine d'Uc San Diego et à la Division des sciences biologiques.

Notre modélisation a proposé que, si attachée aux microtubules, la kinase doive être dans une condition fermée, indiquant que la forme de la kinase peut régler le grippement de LRRK2 aux microtubules. S'associer au laboratoire de Reck-Peterson nous avons décidé de vérifier ce modèle directement. »

Leschziner, professeur, École de Médecine, Division des sciences biologiques, Université de Californie San Diego

LRRK2 est un barrage de route pour les moteurs moléculaires

Les microtubules sont la spécialité de Reck-Peterson. Lui et son équipe sont intéressés par les moteurs moléculaires qui transportent la cargaison le long des microtubules, et la façon dont les défectuosités dans ce transport entraînent les maladies neurodevelopmental et neurodegenerative humaines.

Reck-Peterson et son équipe se sont demandés si l'interaction de LRRK2 avec des microtubules pourrait porter préjudice pour les machines moléculaires qui déménagent sur elles et transportent les cargaisons essentielles d'un endroit à l'autre en cellules.

Son équipe a découvert que LRRK2 produit les barrages de route qui arrêtent ces machines moléculaires. Elles ont également prouvé que quelques médicaments qui visent la kinase de LRRK2 améliorent cet effet, alors que d'autres le diminuent.

Tandis que Leschziner et Reck-Peterson ne sont pas sûrs encore si les barrages de route jouent un rôle dans la maladie de Parkinson, leurs découvertes ont déjà des implications pour le modèle des médicaments thérapeutiques qui fonctionnent à côté d'empêcher LRRK2. Leur travail indique la possibilité qui les inhibiteurs de kinase que le domaine proche de kinase de LRRK2 pourrait aboutir à l'effet non désiré de bloquer le mouvement des moteurs moléculaires.

« Il n'est pas encore clair quel rôle LRRK2-microtubule-binding joue dans la maladie de Parkinson, » a dit Reck-Peterson, professeur à l'École de Médecine d'Uc San Diego et à la Division des sciences biologiques et d'un chercheur de Howard Hughes Medical Institute.

« Mais ce que nous avons maintenant sont cellulaires et les modèles moléculaires, et cela est ce qui est nécessaire pour figurer à l'extérieur quel LRRK2 fait et pour régler avec précision les médicaments thérapeutiques qui visent LRRK2. »

Source:
Journal reference:

Deniston, C. K., et al. (2020) Structure of LRRK2 in Parkinson’s disease and model for microtubule interaction. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2673-2.