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Caracterización de las etapas tempranas de la agregación de alfa-sinucleína in vitro mediante sondas fluorescentes ESIPT y microscopia de fuerza atómica
Jonathan Arturo Fauerbach Elizabeth A. Jares-Erijman Thomas M. Jovin
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
La Enfermedad de Parkinson (EP) es el desorden neurodegenerativo motor más frecuente, caracterizado por la presencia de agregados proteicos amiloideos intra y extraneuronales conocidos como Cuerpos de Lewy (CL). El principal componente de estas estructuras es alfa-sinucleína (AS), una proteína presináptica de 140 aminoácidos abundante en células dopaminérgicas del cerebro aunque su función fisiológica permanece aún desconocida. En su forma libre nativa AS carece de una estructura secundaria definida pudiendo adoptar múltiples conformaciones en solución y en asociación con otras proteínas y membranas. Se cree que los CL y las fibras amiloides maduras (mafs) son el resultado de un proceso de mal plegamiento, auto-ensamblado y asociación de AS y que posiblemente sirven como mecanismos de protección para la célula, a través de la redistribución en la población de las especies tóxicas intermediarias solubles asociadas a etapas tempranas. Estudio in vitro de las especies y procesos involucrados en la agregación de AS brindan la posibilidad de entender los mecanismos subyacentes en EP. El diseño de nuevas formas de detección de las especies intervinientes en el proceso de agregación y el estudio de los mecanismos de formación de dichos intermediarios tempranos poseen una alta importancia. En esta tesis, se sintetizaron sondas fluorescentes sensibles a cambios en la polaridad de su microentorno que permiten monitorear el proceso de auto-ensamblado y asociación de AS marcada covalentemente con estos compuestos. Dichas sondas demuestran una muy alta sensibilidad al proceso en estudio, proveyendo una novedosa metodología de monitoreo en continuo con la mínima perturbación del sistema. Diversas sondas fueron sintetizadas basándose en la familia de las 3-hidroxicromonas (3HC), compuestos altamente sensibles a los cambios de polaridad de su entorno. Su particular estructura química posibilita el fenómeno conocido como ESIPT (‘Excited State Intramolecular Proton Transfer o Transferencia Protónica Intramolecular en el Estado Excitado’). En ESIPT se produce una transferencia protónica intramolecular en el estado excitado obteniendo dos formas excitadas cada una con un nivel de energía distinto. Con lo cual estos compuestos fluorescentes ESIPT presentan dos bandas de emisión en lugar de una sola. La posición, intensidad y relación entre las bandas de emisión se modifican de acuerdo a los cambios en la polaridad, formación de enlaces por puentes de hidrógeno, y acidez/basicidad del microentorno de la sonda. Las nuevas sondas 3HC sintetizadas resultaron reporteros muy versátiles para el proceso de agregación de AS, particularmente sensibles a las etapas tempranas a cuyos agregados de AS se les adjudica la mayor citotoxicidad. La combinación de distintas sondas de polaridad han permitido obtener datos experimentales acerca de la formación y desaparición de intermediarios pre-amiloideos transientes. Las curvas de agregación obtenidas y sus cambios espectroscópicos fueron complementadas con un análisis por Microscopia de Fuerza Atómica (AFM). Mediante un estudio sistemático por AFM se lograron identificar las diferentes especies provenientes del proceso de autoensamblado de AS, donde cada una de las especies fue caracterizada y catalogada. Estudios a diferentes temperaturas permitieron evaluar su influencia en la cinética y termodinámica del proceso de agregación. Incubaciones a baja temperatura (4°C) permitieron definir un mínimo local de energía en la coordenada de la agregación, revelando una novedosa especie supramolecular (la "acuna") que muestra indicios de estar directamente involucrada en el paso clave de la formación de estructuras fibrilares. Estudios preliminares sobre células SH-SY5Y en cultivo dan indicios de que las acunas son citotóxicas. A través de la Crio-Microscopía de Transmisión Electrónica (Cryo-ET) se obtuvo información estructural con resolución sub-nm de esta novedosa especie supramolecular. Los estudios dieron lugar a la formulación de un nuevo esquema secuencial de agregación (SAS) para AS, basándose en conceptos de química coloidal, de polímeros y supramolecular. SAS distingue 3 etapas de la agregación: molecular, coloidal y fibrilar, en función de las estructuras halladas, su orden secuencial lineal y orquestado de interconversión, su presencia transiente (aparición y desaparición) y morfología característica. Además, SAS distingue etapas exergónicas y endotérmicas del proceso global, señalando un mínimo local de energía correspondiente con la formación de la acuna. Se prevé que este modelo pudiera ser útil no sólo para AS sino para otras proteínas amiloideas “intrínsicamente desordenadas” asociadas a enfermedades neurodegenerativas similares, abriendo la posibilidad de la existencia de un mecanismo común y unificado. Esta tesis doctoral involucra un estudio desde lo sintético orgánico y la biofísica estructural, utilizando microscopias de alta resolución y herramientas fluorescentes avocadas al estudio y la descripción del proceso integro de agregación de AS, obteniendo nuevos datos relevantes al área que son interesantes de continuar y ser explorados por el aporte que puedan rendir en el contexto biomédico.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
ALFA-SINUCLEINA; ENFERMEDAD DE PARKINSON; SONDAS FLUORESCENTES; ESIPT; AFM; CRIO-ET; OLIGOMEROS; INTERMEDIARIOS; AGREGACION; ALPHA-SYNUCLEIN; PARKINSON'S DISEASE; FLUORESCENT PROBES; CRYO-ET; OLIGOMERS; INTERMEDIARIES; AGGREGATION
Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 2013 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
2013
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