Une nouvelle technique de microscopie révèle la structure dynamique de la bêta-amyloïde

Les agrégats bêta-amyloïde (A-bêta) sont des faisceaux de protéines principalement associés aux maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer. Cependant, bien que l’A-bêta soit constamment sous les projecteurs, les chercheurs n’ont pas été en mesure de bien comprendre comment l’A-bêta se rassemble et se désagrège.

“La façon dont A-beta se comporte dans divers environnements, y compris le cerveau humain, est difficile à déterminer”, a déclaré Brian Sun, étudiant diplômé en systèmes électriques et en ingénierie à l’Université de Washington à St. Louis, qui est maintenant étudiant en médecine/doctorat. à la Faculté de médecine.

« Il existe une compréhension de la croissance et du déclin qui n’est pas encore pleinement étoffée », a-t-il ajouté.

Cela est sur le point de changer, grâce à une étude récemment publiée par Sun et ses collègues du laboratoire du professeur agrégé Matthew Lew du département Preston M. Green d’ingénierie électrique et des systèmes (ESE) de la McKelvey School of Engineering de WashU. .

Dans le premier travail de ce type, Sun et ses collègues ont pu mesurer les assemblages de feuilles bêta de fibrilles amyloïdes, les supports sous-jacents de l’assemblage des protéines, à mesure qu’ils changeaient. Lors d’études précédentes en microscopie à haute résolution, seules des images statiques avaient été prises.

Nous voulions spécifiquement examiner la dynamique de la structure sous-jacente de l’A-Beta qui pourrait être responsable des changements que nous observons, et pas seulement des changements dans sa forme globale.

Brian Soleil

En utilisant Lego comme analogie, Lew souligne que la technologie d’imagerie actuelle montre l’ensemble du bâtiment Lego, mais pas la façon dont chaque brique est construite.

“Les protéines individuelles changent constamment en réponse à leur environnement”, a déclaré Lew. «C’est comme si certaines briques Lego faisaient changer de forme d’autres briques. L’architecture changeante des protéines et des agrégats assemblés conduit à la complexité des maladies neurogénératives.

Le laboratoire Lew a développé un nouveau type de technologie d’imagerie qui leur permet de voir l’alignement et d’autres détails minuscules dans les nanostructures de systèmes biologiques qui étaient auparavant invisibles. votre technique – ; Microscopie de localisation d’orientation de molécule unique (SMOLM) – ; utilise les éclairs de lumière des sondes chimiques pour visualiser les couches peptidiques sous-jacentes à l’Aβ42, un type de peptide A-bêta.

En utilisant SMOLM, ils peuvent examiner l’orientation individuelle des feuilles bêta sous-jacentes pour voir la relation entre leur organisation et son lien avec la structure globale de la protéine amyloïde.

Plusieurs options de conversion

Aβ42 évolue constamment et la première étape consiste à trouver un moyen de contrecarrer cette folie, un modèle ou un schéma d’action permettant de prédire le comportement de la protéine.

Maintenant que le laboratoire Lew était en mesure d’effectuer ces mesures, ils ont effectué des observations intuitives et découvert des surprises cachées dans l’architecture bêta-amyloïde.

Comme prévu, les structures Aβ42 stables ont tendance à maintenir des feuilles bêta sous-jacentes stables. Les structures en croissance ont des feuilles bêta sous-jacentes qui deviennent plus définies et rigides à mesure que la croissance progresse. Les structures en décomposition présentent des feuilles bêta de plus en plus désordonnées et moins rigides. Mais ils ont également trouvé plusieurs moyens permettant à l’Aβ42 de se renouveler.

“Il existe différentes manières pour les structures Aβ42 de rester stables ou de croître et de se désintégrer”, a déclaré Sun.

Les chercheurs ont également découvert que l’Aβ42 peut croître et se désintégrer d’une manière qui contredit les attentes. Par exemple, Aβ42 peut croître et se désintégrer d’une manière qui préserve la structure sous-jacente ; Parfois, il y a une croissance où les peptides s’accumulent simplement, mais l’orientation sous-jacente de la feuille bêta ne change pas. Dans d’autres cas, Aβ42 subit une « désintégration stable », où l’inverse se produit, c’est-à-dire que les peptides disparaissent mais la structure du feuillet bêta demeure. Enfin, les feuillets bêta de Aβ42 se réorganisent et changent parfois d’orientation sans changement immédiat de forme globale. Ces restructurations nanostructurelles pourraient conduire à de futures reconstructions à grande échelle.

“Comme SMOLM peut suivre l’organisation sous-jacente de Aβ42 et pas seulement sa forme, nous pouvons détecter différents types de sous-types de remodelage qui ne sont pas visibles par les modalités d’imagerie limitées par diffraction sans orientation”, a déclaré Sun.

Si tout cela semble un peu vague, rappelez-vous qu’il s’agit de la première tentative d’examiner ces structures nanométriques en constante évolution. Il n’y avait aucune œuvre antérieure avec laquelle comparer, ce qui rend d’autant plus remarquable que Sun ait créé cette œuvre tout en jonglant avec les restrictions du verrouillage du COVID-19 et ses cours WashU, qu’il a terminés en trois ans. Cela lui ouvre la voie, ainsi qu’à d’autres, pour réellement maîtriser l’architecture amyloïde.

Il explorera probablement davantage ces questions au cours de la phase finale de sa formation MD/PhD, où il prévoit de concevoir des systèmes d’imagerie et des capteurs à l’échelle nanométrique qui pourraient révéler les mécanismes cachés des maladies difficiles à traiter.

Sun tient à remercier le département ESE de WashU et le laboratoire Lew pour la formation rigoureuse qui a rendu cette étude et cette carrière universitaire possibles, ainsi que le MSTP de WashU pour avoir soutenu la poursuite de ses recherches après l’obtention de son diplôme. “Je suis vraiment content d’avoir fait ce voyage”, a-t-il déclaré.

Sun B, Ding T, Zhou W, Porter TS et Lew MD. L’imagerie d’orientation d’une seule molécule révèle la nanoarchitecture des fibrilles amyloïdes qui se développent et se désintègrent. Nano Lett. 2024, 24, 24, 7276-7283. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01263.

Les recherches rapportées dans cette publication ont été financées par l’Institut national des sciences médicales générales des National Institutes of Health sous le numéro de subvention R35GM124858.