Nuevas pistas sobre el desarrollo de la enfermedad de Parkinson: El cobre provoca la agregación de proteínas
Metal sospechoso
La exposición al cobre en el medio ambiente y la proteína alfa-sinucleína en el cerebro humano podrían desempeñar un papel importante en la patogénesis de la enfermedad de Parkinson. Un equipo del Empa y de la Universidad de Limerick ha podido demostrar cómo la proteína adopta una forma inusual cuando se expone a grandes cantidades de iones de cobre. Los hallazgos podrían ayudar a desarrollar nuevas estrategias para el tratamiento de las enfermedades neurodegenerativas.
Las imágenes tomadas con un microscopio de fuerza atómica muestran la alfa-sinucleína en forma de fibrillas (izquierda). Las fibrillas tienen entre unos cientos de nanómetros y un micrómetro de longitud. Cuando la proteína se coloca en una solución que contiene cobre, se forman estructuras anulares (derecha). Estos oligómeros anulares tienen un tamaño de aproximadamente 6-8 nanómetros.
Empa
Las causas de la enfermedad de Parkinson aún no se conocen del todo. Mucho antes de la aparición del típico temblor muscular, la aparición de proteínas defectuosas en el cerebro podría ser una primera señal. Los investigadores del Empa y de la Universidad de Limerick (Irlanda) han analizado ahora la forma anormal de estas alfa-sinucleínas en forma de anillos de proteínas. Al hacerlo, también han podido visualizar a nanoescala la conexión con la contaminación ambiental por cobre. Esto arroja nueva luz sobre el desarrollo de la enfermedad neurodegenerativa y el papel de los biometales en el proceso de la enfermedad. Además, los hallazgos podrían ofrecer oportunidades para mejorar la detección temprana y la terapia de la enfermedad.
Metal sospechoso
Lo que se sabe de la enfermedad de Parkinson es que las neuronas del cerebro mueren, lo que provoca una deficiencia del neurotransmisor dopamina. En las últimas fases de la enfermedad, esto provoca temblores musculares, rigidez muscular e incluso inmovilidad. Esta enfermedad, de progresión lenta, es la segunda enfermedad neurodegenerativa más común en el mundo después de la enfermedad de Alzheimer. Factores ambientales como los pesticidas o los metales podrían favorecer la aparición del Parkinson.
El equipo dirigido por el investigador de la Empa Peter Nirmalraj, del laboratorio de Transporte en Interfaces a Nanoescala, está investigando esta hipótesis mediante técnicas de imagen y espectroscopia química, así como, en colaboración con el equipo de Damien Thompson de la Universidad de Limerick, mediante simulaciones por ordenador. Los investigadores se dirigen a una proteína que interviene en varios procesos moleculares en el desarrollo del Parkinson: la alfa-sinucleína. En los individuos afectados, esta proteína endógena se aglutina y provoca la muerte de las células nerviosas. Los investigadores sospechan que el cobre en altas concentraciones interfiere en estos procesos y acelera el proceso de la enfermedad.
Anillos del mal
Para visualizar la aglomeración de la alfa-sinucleína a escala nanométrica, la investigadora de Empa Silvia Campioni, del laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera, produjo la proteína de forma artificial. Utilizando un microscopio de fuerza atómica, los investigadores pudieron observar la proteína, que inicialmente estaba en solución, durante un periodo de diez días mientras formaba estructuras filamentosas individuales insolubles antes de agruparse finalmente para formar una densa red de fibrillas. A partir de las imágenes, la transformación de la proteína soluble en fibras aglutinadas de aproximadamente 1 micrómetro de longitud, tal y como se produce durante la progresión de la enfermedad, puede observarse con una precisión impresionante en el laboratorio.
Si los investigadores añadían entonces iones de cobre a la solución de la proteína, aparecían estructuras completamente diferentes bajo el microscopio: En el tubo de ensayo aparecieron estructuras proteicas en forma de anillo de unos 7 nanómetros de tamaño, los llamados oligómeros, en tan sólo unas horas. La existencia de estos oligómeros en forma de anillo y su efecto dañino para las células ya son conocidos. Es más, las estructuras más largas en forma de fibra aparecieron antes que en una solución sin cobre.
"Por un lado, altas dosis de cobre parecen acelerar el proceso de agregación", dice Peter Nirmalraj. Por otro lado, sin embargo, esta inusual estructura proteica en forma de anillo se desarrolla con relativa rapidez bajo la influencia del cobre, lo que posiblemente marca el inicio del proceso patológico o incluso lo desencadena". Los investigadores también analizaron la unión de los iones de cobre a la alfa-sinucleína mediante simulaciones informáticas de dinámica molecular en pasos diminutos de 10 a 100 nanosegundos.
Pruebas tempranas
Dado que los anillos de oligómero se forman al principio de la transformación de la proteína, los anillos podrían utilizarse como objetivo para nuevas formas de terapia, espera Nirmalraj. Además, los hallazgos podrían ayudar a avanzar en el desarrollo de una prueba de Parkinson que podría detectar la enfermedad en una etapa temprana en los fluidos corporales, por ejemplo, utilizando muestras del líquido cefalorraquídeo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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