Oamenii de știință au descoperit o modalitate surprinzătoare prin care boala Parkinson poate debuta

Un studiu publicat în revista ACS Nano explorează în detaliu interacțiunea dintre oligomerii toxici de α-sinucleină și membranele celulare, folosind tehnici avansate de microscopie cu fluorescență la nivel de veziculă unică și înregistrări electrice de canal unic. Rezultatele susțin un model în trei etape pentru formarea porilor membranari, mecanism implicat direct în toxicitatea neuronală asociată bolii Parkinson.
Integritatea membranei celulare este esențială pentru supraviețuirea celulară. În bolile neurodegenerative, cum este boala Parkinson, perturbarea acestei integrități este asociată cu disfuncții neuronale severe. Oligomerii de α-sinucleină, în special cei de tip off-pathway, sunt considerați mai toxici decât formele fibrilare și se acumulează în creierul pacienților. Cu toate acestea, mecanismele moleculare prin care aceste forme perturbă membranele celulare au rămas în mare parte neclare, în special din cauza heterogenității structurale a acestor agregate.

Despre studiu

Metodologie și tehnici utilizate

• Au fost generate vezicule unilamelare mici (SUVs) marcate fluorescent, ancorate pe suprafețe funcționalizate.
• Oligomerii α-sinucleinei au fost marcați fluorescent și interacțiunile cu peste 500.000 de vezicule au fost monitorizate prin microscopie TIRF (Total Internal Reflection Fluorescence).
• Compoziția lipidică a veziculelor a fost variată sistematic pentru a evalua influența încărcării electrice și a curburii asupra recrutării și formării porilor.
• Permeabilizarea a fost evaluată prin urmărirea translocării coloranților mici prin pori, iar dimensiunea porilor a fost confirmată prin înregistrări electrice la nivel de bilayer plan.

Structura oligomerilor α-sinucleinei

Forma studiată de α-sinucleină este un oligomer de tip în afara căii, caracterizat printr-un miez bogat în structuri β-antiparalele și o regiune periferică dezordonată. Acest tip de oligomer este stabil, toxic și nu conduce la formarea de fibrile, fiind considerat fiziologic relevant în boala Parkinson.

Rezultate

Etapa 1: recrutarea membranară dependentă de sarcină și curbură

• Recrutarea αSO este favorizată de membrane cu sarcină negativă (DOPG, DOPS), dar are loc și pe membrane neutre (DOPC), unde este puternic dependentă de curbura pozitivă.
• Curba de recrutare a αSO pe vezicule a arătat o scădere exponențială a dependenței de curbură odată cu creșterea sarcinii negative.
• Lipidele DOPS au indus o recrutare mai cooperativă decât DOPG, ceea ce sugerează rolul structurii capului polar în procesul de legare.

Etapa 2: inserție parțială și tranziții reversibile

După recrutare, oligomerii αSO intră într-un ciclu dinamic între inserție parțială și formare completă de por. Această tranziție este vizibilă în timp real prin scăderi treptate ale intensității fluorescente a colorantului din lumenul veziculei. Evenimentele de translocare pot apărea de până la 37 de ori într-o singură veziculă, cu frecvență crescută în cazul veziculelor de dimensiuni mai mari (curbură scăzută).

Etapa 3: formarea completă a porului și translocarea moleculară

• Formarea porilor este confirmată prin translocarea selectivă a moleculelor mici (ATTO655 carboxy) și prin înregistrări de curent ionic (conductanță de ~300 pS).
• αSO nu permite translocarea moleculelor mai mari (dextran 1,4 nm), sugerând pori de dimensiune definită.
• Veziculele încărcate cu DOPG au prezentat o frecvență mult mai mare de translocări decât cele cu DOPS sau DOPC, ceea ce reflectă stabilitatea și dimensiunea porilor diferită în funcție de compoziția lipidică.

Rolul curburii și al compoziției lipidice

Deși recrutarea αSO este favorizată de membrane cu curbură mare, formarea de pori este mai eficientă în membrane cu curbură mică, unde tensiunea de membrană este mai redusă. Acest comportament mecanosensibil este favorizat în vezicule mai mari și este dependent de tipul capului polar: DOPG permite formarea de pori mai mari și mai stabili decât DOPS.

Modularea dinamicii prin nanocorpi

• Nanocorpul NB1 crește semnificativ formarea de pori și frecvența translocărilor, sugerând o structură αSO mai flexibilă.
• NB2 nu modifică semnificativ dinamica, iar αSO tratat chimic cu ONE (agent de stabilizare) reduce dramatic formarea de pori.
• NB1 produce o schimbare a dependenței de curbură și reduce corelația între dimensiunea veziculei și cantitatea de translocare, ceea ce reflectă o dinamică intensificată a inserției porilor.

Concluzii

Acest studiu oferă o descriere cuprinzătoare a modului în care oligomerii toxici αSO interacționează cu membranele celulare. Prin integrarea datelor obținute în timp real de la nivelul veziculelor unice, autorii propun un model în trei etape care explică recrutarea, inserția parțială și formarea completă a porilor. Aceste descoperiri contribuie la înțelegerea mecanismelor de toxicitate celulară în boala Parkinson și deschid noi direcții pentru dezvoltarea de liganzi sau terapii care să blocheze formarea porilor. Platforma propusă poate fi utilizată și pentru investigarea altor agregate patologice implicate în boli neurodegenerative, precum tau sau beta-amiloidul.