Científicos de la Universidad de Rice están utilizando la vida útil de la fluorescencia para arrojar nueva luz sobre un péptido asociado con la enfermedad de Alzheimer, que los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades estiman que afectará a casi 14 millones de personas en los EE. UU. para 2060.

A través de un nuevo enfoque que utiliza espectroscopia de resolución temporal y química computacional, Angel Martí y su equipo encontraron evidencia experimental de un sitio de unión alternativo en los agregados de beta amiloide, lo que abre la puerta al desarrollo de nuevas terapias para el Alzheimer y otras enfermedades asociadas con los depósitos de amiloide..

El estudio se publica en Chemical Science.

Los depósitos de placa amiloide en el cerebro son una característica principal de la enfermedad de Alzheimer. « El amiloide-beta es un péptido que se agrega en el cerebro de las personas que padecen la enfermedad de Alzheimer, formando estas fibras supramoleculares a nanoescala o fibrillas », dijo Martí, profesor de química, bioingeniería y ciencia de materiales y nanoingeniería y director de la facultad de Rice Programa de Becarios Emergentes. « Una vez que crecen lo suficiente, estas fibrillas se precipitan y forman lo que llamamos placas de amiloide.

« Comprender cómo las moléculas en general se unen a la beta amiloide es particularmente importante no solo para desarrollar fármacos que se unan con mayor afinidad a sus agregados, sino también para descubrir quiénes son los otros jugadores que contribuyen a la toxicidad del tejido cerebral », agregó.

El grupo de Martí había identificado previamente un primer sitio de unión para los depósitos de beta amiloide al descubrir cómo las moléculas de tinte metálico podían unirse a los bolsillos formados por las fibrillas. La capacidad de las moléculas para emitir fluorescencia, o emitir luz cuando se excitan bajo un espectroscopio, indicó la presencia del sitio de unión.

La espectroscopia de resolución temporal, que el laboratorio utilizó en su último descubrimiento, “es una técnica experimental que analiza el tiempo que las moléculas pasan en estado excitado”, dijo Martí. « Excitamos la molécula con luz, la molécula absorbe la energía de los fotones de luz y llega a un estado excitado, un estado más energético ».

Este estado energizado es responsable del brillo fluorescente. “Podemos medir el tiempo que las moléculas pasan en estado excitado, lo que se llama tiempo de vida, y luego usamos esa información para evaluar el equilibrio de unión de las moléculas pequeñas a la beta-amiloide”, dijo Martí.

Además del segundo sitio de unión, el laboratorio y los colaboradores de la Universidad de Miami descubrieron que múltiples tintes fluorescentes que no se esperaba que se unieran a los depósitos de amiloide, de hecho lo hicieron.

“Estos hallazgos nos están permitiendo crear un mapa de sitios de unión en beta-amiloide y un registro de las composiciones de aminoácidos requeridas para la formación de bolsas de unión en las fibrillas de beta-amiloide”, dijo Martí.

El hecho de que la espectroscopia de resolución temporal sea sensible al entorno que rodea a la molécula del colorante permitió a Martí inferir la presencia del segundo sitio de unión. « Cuando la molécula está libre en solución, su fluorescencia tiene un tiempo de vida particular que se debe a este entorno. Sin embargo, cuando la molécula está unida a las fibras de amiloide, el microambiente es diferente y, como consecuencia, también lo es el tiempo de vida de la fluorescencia », dijo. explicado. « Para la molécula unida a las fibras de amiloide, observamos dos vidas de fluorescencia diferentes.

« La molécula no se unía a un sitio único en el amiloide-beta sino a dos sitios diferentes. Y eso fue extremadamente interesante porque nuestros estudios anteriores solo indicaron un sitio de unión. Eso sucedió porque no pudimos ver todos los componentes con el tecnologías que estábamos usando anteriormente », agregó.

El descubrimiento provocó más experimentación. « Decidimos investigar esto más a fondo utilizando no solo la sonda que diseñamos, sino también otras moléculas que se han utilizado durante décadas en la fotoquímica inorgánica », dijo. « La idea era encontrar un control negativo, una molécula que no se uniera a la beta-amiloide. Pero lo que descubrimos fue que estas moléculas que no esperábamos que se unieran a la beta-amiloide en realidad se unieron con una afinidad decente.. »

Martí dijo que los hallazgos también tendrán un impacto en el estudio de « muchas enfermedades asociadas con otros tipos de amiloides: Parkinson, esclerosis lateral amiotrófica (ELA), diabetes tipo 2, amiloidosis sistémica ».

Comprender los mecanismos de unión de las proteínas amiloides también es útil para estudiar los amiloides no patógenos y sus posibles aplicaciones en el desarrollo de fármacos y la ciencia de los materiales.

“Hay amiloides funcionales que nuestro cuerpo y otros organismos producen por diferentes motivos que no están asociados a enfermedades”, dijo Martí. « Hay organismos que producen amiloides que tienen efectos antibacterianos. Hay organismos que producen amiloides con fines estructurales, para crear barreras, y otros que usan amiloides para almacenamiento químico. El estudio de amiloides no patógenos es un área emergente de la ciencia, por lo que esta es otro camino que nuestros hallazgos pueden ayudar a desarrollar ».

La Fundación Nacional de Ciencias (2102563) y la familia del difunto profesor Donald DuPré, ex alumno de Rice nacido en Houston y ex profesor de química en la Universidad de Louisville, apoyaron la investigación.