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La proteína LRRK2 es un objetivo terapéutico dominante para la enfermedad de Parkinson

Una proteína evasiva que muchas consideran la llave completo de entender las causas de la enfermedad de Parkinson genética ha venido mucho más sin obstrucción en foco.

Afectando millones en todo el mundo, Parkinson es un desorden neurológico que ataca progresivamente funciones de motor, llevando al daño duradero en el movimiento y la coordinación, entre otras áreas.

Los investigadores que estudiaban las causas primarias de la enfermedad se han centrado en las mutaciones de la proteína conocida como cinasa leucina-rica 2 de la repetición, o LRRK2. La comprensión de cómo LRRK2 rompe el funcionamiento normal ha sido difícil debido a una falta de información sobre la estructura de la proteína.

Puesto que LRRK2 es un objetivo importante de la droga, los esfuerzos de descifrar la configuración de LRRK2 incluso han incluido muestras que lanzaban en espacio como manera de usar condiciones de la microgravedad para ayudar a crystalize muestras de la proteína, pero sin éxito.

Ahora, los científicos de San Diego de la Universidad de California que usaban tecnologías marginales han producido las primeras visualizaciones de LRRK2 dentro de su ambiente celular natural y de la primera heliografía de alta resolución de la proteína.

Leveraged estas pinturas para describir cómo los lazos LRRK2 a los carriles celulares llamaron microtubules y actúan como barricada para los motores que se mueven a lo largo de estos carriles. Las conclusión se describen en dos trabajos de investigación publicados en los gorrones célula y naturaleza.

“Estos dos papeles toman medidas gigantes hacia desarrollar una terapéutica más efectiva para la enfermedad de Parkinson, que afecta tan muchas vidas,” dijeron la división de decano Kit Pogliano, doctorado, profesor de las ciencias biológicas en la sección de la biología molecular.

“Combinar microscopia del cryo-electrón con proyección de imagen viva de la célula permite que los investigadores vean las proteínas el trabajar dentro de las células y a más rápidamente para determinar cómo las drogas potenciales afectan a su función. Esto acelerará descubrimiento de la droga y ofrecerá nueva esperanza a ésas que sufren de esta enfermedad debilitante.”

LRRK2: un objetivo terapéutico dominante para la enfermedad de Parkinson

Conocido como cinasa, LRRK2 es un tipo de enzima que agregue etiquetas químicas del fosfato a otras proteínas, influenciando su función. Las mutaciones LRRK2 son la causa principal de formas heredadas de la enfermedad de Parkinson, pero los investigadores no entienden completo cómo esta enzima funciona normalmente o en estados de la enfermedad.

Las respuestas a tales preguntas se han perseguido vigoroso, especialmente porque las cinasas son uno de los objetivos farmacológicos establecidos para la terapéutica. Desde que el gen LRRK2 primero fue reproducido en 2004, ha habido una cantidad enorme de esfuerzo dedicada a apuntarla para el tratamiento de Parkinson.

Susan Taylor, una autoridad mundo-renombrada en las cinasas, reconocidas que la experiencia en Uc San Diego fue adaptada idealmente abordar este problema. Con el apoyo del Michael J. Fox Foundation https://www.michaeljfox.org, personas internacionales, incluyendo investigadores a través de Uc San Diego, establecido para estudiar LRRK2 usando tecnologías nuevas.

Una heliografía celular de LRRK2 en microtubules

Según lo descrito en el papel de la célula, los investigadores de Uc San Diego llevados por el chalet de Elizabeth, el doctorado, y sus colegas leveraged la nueva tecnología innovadora conocida como tomografía del cryo-electrón (cryo-Y), una modalidad de la microscopia del cryo-electrón (cryo-EM), de ver LRRK2 en su ambiente natural dentro de las células y de describir su estructura en un nivel previamente no visto.

En muchos casos, cuando los investigadores intentan determinar la estructura de una proteína, comienzan aislando la proteína fuera de las células. Al usar el cryo-EM, los científicos congelan las moléculas en una capa delgada del hielo, preservando su estructura, y determinan su estructura en la alta resolución. En lugar, las células congeladas las imágenes de las personas del chalet que contienen las moléculas bajo estudio, tomando representan a diversos ángulos, algo como un TAC.

“Levantamos el capo motor para mirar dentro de la célula las moléculas congeladas cogidas en pleno acto de obrar recíprocamente con uno a en diversos lugares en la célula,” dijo el chalet, que observó la significación de co-desarrollar los instrumentos punta usados en el estudio con Fisher termo los considerables esfuerzos científicos y de Uc San Diego en el establecimiento de una nueva instalación cryo-EM en campus.

“Utilizamos el electrón y haces iónicos como un sable liviano para volar las partes ausentes de la célula. En el centro dejamos una ventana que contiene las moléculas que estamos interesados en observar.”

Los investigadores también utilizaron microscopia liviana para encontrar las moléculas dentro de las células, y las herramientas de modelado de cómputo avance para desarrollar un modelo integrante de alta resolución de un mutante LRRK2. Sus datos revelaron LRRK2 limitado a las carreteras celulares, llamadas los microtubules, adornándolas en una geometría imponentemente regular e inesperada, y predijeron que la cinasa de LRRK2 se asemejó a un estado de la “sobremarcha” sabido para ocurrir en la enfermedad de Parkinson.

“Esta combinación de nuevas técnicas potentes fue aplicada por primera vez en esta investigación y permitió conseguir las primeras ojeadas en la estructura de un mutante LRRK2, con la ventaja adicional de su contexto celular,” dijo el chalet.

“A nuestro conocimiento es la estructura más de alta resolución de una proteína humana que fue determinada dentro de las células antes de usar las herramientas bioquímicas convencionales. Estamos trayendo la estructura a la biología celular.”

Una heliografía molecular de LRRK2

Para entender cómo LRRK2 trabaja en un nivel químico y diseñar la terapéutica, una estructura incluso más de alta resolución se requiere para revelar la posición de átomos y cómo él obra recíprocamente con las drogas potenciales.

En el estudio de naturaleza, el Samara co-mayor Reck-Peterson, doctorado de los autores, y Andres Leschziner, doctorado, hecharon una ojeada más profundo la estructura y la función de LRRK2 y combinaron hacia arriba con el grupo del chalet para determinar cómo LRRK2 obra recíprocamente con los microtubules.

Usando el cryo-EM, las personas de Leschziner capturaron la imagen-a-fecha más detallada de la estructura de LRRK2, hacia abajo al nivel atómico. Stefan Knapp, profesor en la universidad de Goethe en Francfort Alemania, y su grupo era también instrumental como determinaron cómo hacer LRRK2 manejable para el trabajo estructural.

La estructura comprendió el extremo del asunto de la proteína -; cuál incluye la pieza que marca otras proteínas con etiqueta con los fosfatos. Las situaciones de las mutaciones enfermedad-que causan de todo el Parkinson importante se encuentran en esta estructura.

Después, el grupo de Leschziner combinó su estructura con el chalet y subió con un modelo que explica cómo LRRK2 ata a los microtubules.

“Usted puede pensar en la pieza de la cinasa de LRRK2 como un poco como Pacman, puede estar o abierta o cerrado,” dijo a Leschziner, profesor en la Facultad de Medicina de Uc San Diego y la división de ciencias biológicas.

Nuestro modelado sugirió que, cuando está encuadernada a los microtubules, la cinasa necesita estar en un estado cerrado, indicando que la forma de la cinasa puede regular el atascamiento de LRRK2 a los microtubules. El combinar hacia arriba con el laboratorio de Reck-Peterson decidíamos probar este modelo directamente.”

Leschziner, profesor, Facultad de Medicina, división de ciencias biológicas, Universidad de California San Diego

LRRK2 es una barricada para los motores moleculares

Los Microtubules son la especialidad de Reck-Peterson. Ella y sus personas están interesadas en los motores moleculares que transportan el cargamento a lo largo de microtubules, y cómo los defectos en este transporte causan enfermedades neurodevelopmental y neurodegenerative humanas.

Reck-Peterson y sus personas se preguntaban si la acción recíproca de LRRK2 con los microtubules pudo ser perjudicial para las máquinas moleculares que se mueven en ellas y llevan los cargamentos esenciales de un sitio a otro en células.

Sus personas descubrieron que LRRK2 crea las barricadas que paran estas máquinas moleculares. También mostraron que algunas drogas que apuntan la cinasa de LRRK2 aumentan este efecto, mientras que otras lo disminuyen.

Mientras que Leschziner y Reck-Peterson no están seguros todavía si las barricadas desempeñan un papel en la enfermedad de Parkinson, sus conclusión tienen ya implicaciones para el diseño de las drogas terapéuticas que trabajan inhibiendo LRRK2. Su trabajo apunta a la posibilidad que los inhibidores de la cinasa que el dominio cercano de la cinasa de LRRK2 pudo llevar al efecto indeseado de cegar el movimiento de motores moleculares.

“No está todavía sin obstrucción qué papel LRRK2-microtubule-binding desempeña en la enfermedad de Parkinson,” dijo a Reck-Peterson, profesor en la Facultad de Medicina de Uc San Diego y la división de ciencias biológicas y de un investigador del Howard Hughes Medical Institute.

“Solamente qué ahora tenemos son celulares y las heliografías moleculares, y eso son cuál es necesario imaginar qué LRRK2 hace y ajustar las drogas terapéuticas que apuntan 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.