Modificări structurale proteice au fost asociate declinului cognitiv legat de vârstă

Un studiu publicat în Science Advances de cercetători de la Universitatea Johns Hopkins a investigat diferențele structurale ale proteomei hipocampale între șobolani vârstnici cu și fără afectare cognitivă. Cercetarea a utilizat tehnica spectrometrie de masă cu proteoliză limitată (LiP-MS) pentru a detecta modificările subtile de conformație proteică asociate cu performanța cognitivă în vârstă.
Declinul cognitiv în mai multe domenii ale memoriei este frecvent în procesul de îmbătrânire, chiar și în absența bolilor neurodegenerative. Cu toate acestea, unele persoane își păstrează intacte funcțiile cognitive până la vârste înaintate. Identificarea modificărilor moleculare care diferențiază indivizii rezilienți cognitiv de cei afectați ar putea contribui la prevenirea sau tratarea declinului cognitiv. Studiile anterioare pe modele animale, în special șobolani Long-Evans, au arătat că integritatea circuitelor neuronale ale hipocampului este esențială pentru menținerea funcției cognitive.

Despre studiu

Modelul animal și evaluarea cognitivă

S-au folosit 20 de șobolani Long-Evans, împărțiți în:

• 7 șobolani vârstnici cu afectare cognitivă (AI - 24 luni)
• 10 șobolani vârstnici cu cogniție intactă (AU - 24 luni)
• 3 șobolani tineri (6 luni)

Performanța cognitivă a fost evaluată prin testul Morris Water Maze. AU au avut scoruri comparabile cu șobolanii tineri, în timp ce AI au avut scoruri semnificativ mai slabe (*P < 0.0001*).

Tehnica folosită: LiP-MS

Spectrometria de masă cu proteoliză limitată (LiP-MS) este o tehnică ce detectează modificări subtile ale structurii proteinelor prin digestie limitată cu proteinaza K urmată de digestie completă cu tripsină și analiză LC-MS/MS. Aceasta permite identificarea modificărilor de susceptibilitate la proteoliză, asociate cu schimbări de conformație.

Designul experimentului

• Au fost analizate trei subdomenii hipocampale: CA1, CA3 și girusul dentat.
• Au fost identificați 2756 proteine distincte în subdomeniul CA1.
• Au fost comparate proteomele solubile între AU și AI pentru a detecta diferențe de structură.

Rezultate

Proteine asociate cu modificări structurale cognitiv-dependente (CASCs)

În subdomeniul CA1, 214 proteine au prezentat modificări semnificative de structură (CASCs), dintre care 15 au fost confirmate prin analiză strictă (sCASCs). Modificările nu au fost legate de nivelul de expresie proteică, ci de conformația lor.

Legătura dintre CASCs și capacitatea de refoldare

Proteinele nonrefoldabile (care nu își pot recăpăta structura nativă după denaturare) au avut o probabilitate de 2,7 ori mai mare de a fi CASC. Exemple includ:

• LANCL1 – implicată în apărarea împotriva stresului oxidativ
• SOD2 – cu rol esențial în controlul speciilor reactive de oxigen mitocondriale
• Pfkl – implicată în glicoliză
• Atp6v0c – componentă a ATPazei vacuolare, implicată în autofagie

Rolul modificărilor post-translaționale

Analizele nu au arătat diferențe semnificative între grupuri în ceea ce privește fosforilarea sau oxidarea proteinelor. De asemenea, majoritatea CASC-urilor nu au fost în proximitatea acestor modificări, indicând că modificările structurale sunt independente de PTM-uri.

CASC-uri în sistemul proteazomal ubiquitin-dependent (UPS)

Cel puțin 17 proteine CASC sunt implicate în UPS, incluzând enzime E1, E2, E3, componente ale proteasomului (subunități 20S și 19S), DUB-uri și proteina VCP. Acest lucru sugerează o disfuncție globală a sistemului de degradare a proteinelor asociată cu declinul cognitiv.

Alte căi funcționale afectate

• Sinapsa: gephyrin, proteine 14-3-3, synapsin II
• Translația: EF2, aminoacil tRNA-sintetaze, factori de inițiere
• Folding proteic: subunități TRiC (Tcp1, Cct8)

Concluzii

Studiul demonstrează că declinul cognitiv asociat vârstei poate fi corelat cu modificări structurale subtile ale proteinelor solubile din hipocamp. Aceste modificări nu implică agregate insolubile, ci forme misfoldate solubile, dificil de detectat prin metode clasice. Majoritatea CASC-urilor sunt proteine nonrefoldabile, indicând o potențială vulnerabilitate intrinsecă la stresul de îmbătrânire și deficiențele rețelei de proteostază.

Implicații: Identificarea acestor proteine ar putea deschide calea către biomarkeri precoce și noi ținte terapeutice pentru intervențiile în declinul cognitiv legat de vârstă.