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La proteina LRRK2 è un obiettivo terapeutico chiave per la malattia del Parkinson

Una proteina evasiva che molte considerano il tasto completamente di comprensione delle cause della malattia del Parkinson genetica è venuto molto più chiaro nel fuoco.

L'urto dei milioni intorno al mondo, Parkinson è un disordine neurologico che attacca progressivamente le funzioni di motore, piombo al danno durevole nel movimento e nel coordinamento, tra altre aree.

I ricercatori che studiano le cause primarie della malattia hanno messo a fuoco sulle mutazioni della proteina conosciuta come della la chinasi ricca di leucina 2 di ripetizione, o su LRRK2. La comprensione come LRRK2 interrompe il funzionamento normale è stata difficile dovuto una mancanza di informazioni sulla struttura della proteina.

Poiché LRRK2 è un obiettivo importante della droga, gli sforzi per decifrare l'architettura di LRRK2 anche hanno incluso i campioni di lancio in spazio come modo di usando gli stati di microgravità per contribuire a cristallizzare i campioni della proteina, ma senza successo.

Ora, gli scienziati di San Diego dell'università di California che usando le tecnologie avanzate hanno prodotto le prime visualizzazioni di LRRK2 dentro il suo ambiente cellulare naturale e la prima cianografia ad alta definizione della proteina.

Hanno fatto leva questi dipinti per descrivere come le legature LRRK2 ai cingoli cellulari hanno chiamato i microtubuli e funge da blocco stradale per i motori che si muovono lungo questi cingoli. I risultati sono descritti in due pubblicazioni pubblicate nelle pubblicazioni cella e natura.

“Questi due documenti intraprendono i passi da giganti verso sviluppare la terapeutica più efficace per la malattia del Parkinson, che urta tante vite,„ hanno detto la divisione di decano Kit Pogliano, il PhD, un professore di scienze biologiche nella sezione di biologia molecolare.

“Combinare la microscopia dell'cryo-elettrone con la rappresentazione in tensione delle cellule permette che i ricercatori vedano le proteine lavorare dentro le celle ed a più rapido per determinare come le droghe potenziali pregiudicano la loro funzione. Ciò accelererà la scoperta della droga e fornirà la nuova speranza a quelle che soffrono da questa malattia debilitante.„

LRRK2: un obiettivo terapeutico chiave per la malattia del Parkinson

Conosciuto come chinasi, LRRK2 è un tipo di enzima che aggiunge i tag chimici del fosfato ad altre proteine, influenzante la loro funzione. Le mutazioni LRRK2 sono la causa principale dei moduli ereditati della malattia del Parkinson, ma i ricercatori completamente non capiscono come questo enzima funziona normalmente o negli stati di malattia.

Le risposte a tali domande sono state ricercate con ogni mezzo, particolarmente perché le chinasi sono uno degli obiettivi farmacologici stabiliti per terapeutica. Da quando il gene LRRK2 in primo luogo è stato clonato nel 2004, c'è stato una somma enorme di sforzo votata a mirarle per il trattamento di Parkinson.

Susan Taylor, un'autorità di fama mondiale in chinasi, riconosciute che la competenza a Uc San Diego è stato adatta idealmente ad affrontare questo problema. Con supporto dal Michael J. Fox Foundation https://www.michaeljfox.org, un gruppo internazionale, compreso i ricercatori attraverso Uc San Diego, precisato per studiare LRRK2 facendo uso delle tecnologie novelle.

Una cianografia cellulare di LRRK2 sui microtubuli

Come descritto nel documento delle cellule, i ricercatori di Uc San Diego piombo dalla villa di Elizabeth, il PhD ed i suoi colleghi hanno fatto leva la nuova tecnologia approfondita conosciuta come tomografia dell'cryo-elettrone (cryo-ET), una modalità di microscopia dell'cryo-elettrone (cryo-EM), osservare LRRK2 nel suo ambiente naturale all'interno delle celle e descrivere la sua struttura ad un livello precedentemente non visto.

In molti casi, quando i ricercatori cercano di determinare la struttura di una proteina, cominciano isolando la proteina fuori delle celle. Nel usando il cryo-EM, gli scienziati congelano le molecole in uno strato sottile di ghiaccio, conservando la loro struttura e determinano la loro struttura all'alta risoluzione. Invece, le celle congelate immagini del gruppo della villa che contengono le molecole allo studio, catturanti rappresenta agli angoli differenti, piuttosto come una scansione di CAPONE.

“Abbiamo sollevato la cappa per esaminare dentro la cella le molecole congelate catturate proprio nell'atto dell'interazione a vicenda nei posti differenti nella cella,„ ha detto la villa, che ha notato il significato di co-sviluppo degli strumenti di avanguardia utilizzati nello studio con termo Fisher considerevoli sforzi di Uc San Diego e scientifici nell'instaurazione della funzione nuova cryo-EM sulla città universitaria.

“Abbiamo utilizzato l'elettrone ed i raggi ionici come una spada laser per sparar a rafficae le parti della cella. Nel mezzo abbiamo lasciato una finestra che contiene le molecole che siamo interessati nell'esame.„

I ricercatori egualmente hanno utilizzato la microscopia leggera per trovare le molecole all'interno delle celle e le tecniche di modellizzazione di calcolo avanzate per sviluppare un modello integrante ad alta definizione di un mutante LRRK2. I loro dati hanno rivelato LRRK2 limitato alle strade principali cellulari, chiamate microtubuli, decorante li nella geometria stunningly regolare ed inattesa ed hanno predetto che la chinasi di LRRK2 ha somigliato ad uno stato “dell'overdrive„ conosciuto per accadere nella malattia del Parkinson.

“Questa combinazione di nuove tecniche potenti si è applicata per la prima volta in questa ricerca ed ha permesso di entrare le prime occhiate nella struttura di un mutante LRRK2, con il vantaggio aggiunto del suo contesto cellulare,„ ha detto la villa.

“A nostra conoscenza è la struttura più di alta risoluzione di una proteina umana che è stata determinata dentro le celle prima di per mezzo degli strumenti biochimici convenzionali. Stiamo portando la struttura a biologia cellulare.„

Una cianografia molecolare di LRRK2

Per capire come LRRK2 funziona ad un livello chimico e progettare la terapeutica, una struttura ancora più di alta risoluzione è richiesta per rivelare la posizione degli atomi e come interagiscono con le droghe potenziali.

Nello studio di natura, la samara co-senior Reck-Peterson, PhD degli autori e Andres Leschziner, PhD, hanno dato un'occhiata più profonda alla struttura ed alla funzione di LRRK2 ed hanno collaborato con il gruppo della villa per determinare come LRRK2 interagisce con i microtubuli.

Facendo uso del cryo-EM, il gruppo di Leschziner ha catturato la immagine--data più dettagliata della struttura di LRRK2, giù al livello atomico. Stefan Knapp, un professore all'università di Goethe a Francoforte Germania ed il suo gruppo era egualmente strumentale come hanno determinato come rendere LRRK2 maneggevole per lavoro strutturale.

La struttura ha compreso l'estremità di affari la proteina -; quale comprende la parte che etichetta altre proteine con i fosfati. Le posizioni delle mutazioni malattia-causanti di tutto il Parkinson principale sono trovate in questa struttura.

Dopo, il gruppo di Leschziner ha combinato la loro struttura con la villa ed ha fornito un modello che spiega come LRRK2 lega ai microtubuli.

“Potete pensare alla parte della chinasi di LRRK2 come un po'come Pacman, può essere o aperta o chiuso,„ ha detto Leschziner, professore alla scuola di medicina di Uc San Diego ed alla divisione delle scienze biologiche.

La nostra modellistica ha suggerito che, una volta rilegata ai microtubuli, la chinasi dovesse essere in uno stato chiuso, indicante che la forma della chinasi può regolamentare l'associazione di LRRK2 ai microtubuli. Collaborando con il laboratorio di Reck-Peterson abbiamo deciso di verificare direttamente questo modello.„

Leschziner, il professor, scuola di medicina, divisione delle scienze biologiche, università di California San Diego

LRRK2 è un blocco stradale per i motori molecolari

I microtubuli sono la specialità di Reck-Peterson. Lei ed il suo gruppo sono interessati nei motori molecolari che trasportano il carico lungo i microtubuli ed in come i difetti in questo trasporto causano le malattie neurodevelopmental e neurodegenerative umane.

Reck-Peterson ed il suo gruppo si sono domandati se l'interazione di LRRK2 con i microtubuli potesse essere nociva per i commputer molecolari che si muovono su loro e portano i carichi essenziali da un posto ad un altro in celle.

Il suo gruppo ha scoperto che LRRK2 crea i blocchi stradali che fermano questi commputer molecolari. Egualmente hanno indicato che alcune droghe che mirano alla chinasi di LRRK2 migliorano questo effetto, mentre altre lo diminuiscono.

Mentre Leschziner e Reck-Peterson non sono sicuri ancora se i blocchi stradali svolgono un ruolo nella malattia del Parkinson, i loro risultati già hanno implicazioni per la progettazione delle droghe terapeutiche che funzionano inibendo LRRK2. Il loro lavoro indica la possibilità che inibitori della chinasi che il dominio vicino della chinasi di LRRK2 potrebbe piombo all'effetto indesiderato del blocco del movimento dei motori molecolari.

“Non è ancora chiaro che ruolo LRRK2-microtubule-binding svolge nella malattia del Parkinson,„ ha detto Reck-Peterson, professore alla scuola di medicina di Uc San Diego ed alla divisione delle scienze biologiche e di un ricercatore di Howard Hughes Medical Institute.

“Ma che cosa ora abbiamo sono cellulari e le cianografie molecolari e quello è che cosa è necessario capire che LRRK2 fa e regolare le droghe terapeutiche che mirano a 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.