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Cientistas da Rice University estão usando a vida útil da fluorescência para lançar uma nova luz sobre um peptídeo associado à doença de Alzheimer, que os Centros de Controle e Prevenção de Doenças estimam que afetará quase 14 milhões de pessoas nos EUA até 2060.
Por meio de uma nova abordagem usando espectroscopia resolvida no tempo e química computacional, Angel Martí e sua equipe encontraram evidências experimentais de um local de ligação alternativo em agregados de beta-amilóide, abrindo as portas para o desenvolvimento de novas terapias para Alzheimer e outras doenças associadas a depósitos de amiloide. .
O estudo é publicado em ciência química.
Depósitos de placas amilóides no cérebro são uma característica principal da doença de Alzheimer. “O beta-amilóide é um peptídeo que se agrega no cérebro de pessoas que sofrem da doença de Alzheimer, formando essas fibras supramoleculares em nanoescala, ou fibrilas”, disse Martí, professor de química, bioengenharia e ciência de materiais e nanoengenharia e diretor do corpo docente da Rice Programa de Acadêmicos Emergentes. “Uma vez que crescem o suficiente, essas fibrilas precipitam e formam o que chamamos de placas amilóides.
“Entender como as moléculas em geral se ligam ao beta-amilóide é particularmente importante não apenas para desenvolver drogas que se ligam com melhor afinidade a seus agregados, mas também para descobrir quem são os outros atores que contribuem para a toxicidade do tecido cerebral”, acrescentou.
O grupo de Martí já havia identificado um primeiro local de ligação para os depósitos de beta-amilóide ao descobrir como as moléculas de corante metálico eram capazes de se ligar às bolsas formadas pelas fibrilas. A capacidade das moléculas de fluorescer, ou emitir luz quando excitadas sob um espectroscópio, indicou a presença do sítio de ligação.
A espectroscopia de resolução temporal, que o laboratório utilizou em sua última descoberta, “é uma técnica experimental que analisa o tempo que as moléculas passam em um estado excitado”, disse Martí. “Nós excitamos a molécula com luz, a molécula absorve a energia dos fótons de luz e fica em um estado excitado, um estado mais energético.”
Este estado energizado é responsável pelo brilho fluorescente. “Podemos medir o tempo que as moléculas passam no estado excitado, que é chamado de tempo de vida, e então usar essa informação para avaliar o equilíbrio de ligação de pequenas moléculas ao beta-amilóide”, disse Martí.
Além do segundo local de ligação, o laboratório e os colaboradores da Universidade de Miami descobriram que vários corantes fluorescentes que não se esperava que se ligassem aos depósitos de amilóide, de fato o faziam.
“Essas descobertas nos permitem criar um mapa dos locais de ligação no beta-amilóide e um registro das composições de aminoácidos necessárias para a formação de bolsos de ligação nas fibrilas do beta-amilóide”, disse Martí.
O fato de a espectroscopia resolvida no tempo ser sensível ao ambiente ao redor da molécula de corante permitiu a Martí inferir a presença do segundo sítio de ligação. “Quando a molécula está livre em solução, sua fluorescência tem um tempo de vida particular devido a esse ambiente. No entanto, quando a molécula está ligada às fibras amiloides, o microambiente é diferente e, consequentemente, o tempo de vida da fluorescência também”, ele explicou. “Para a molécula ligada às fibras amilóides, observamos dois tempos de vida de fluorescência diferentes.
“A molécula não estava se ligando a um único local no beta-amilóide, mas a dois locais diferentes. E isso foi extremamente interessante porque nossos estudos anteriores indicaram apenas um local de ligação. Isso aconteceu porque não conseguimos ver todos os componentes com o tecnologias que usávamos anteriormente”, acrescentou.
A descoberta levou a mais experimentação. “Decidimos investigar isso usando não apenas a sonda que projetamos, mas também outras moléculas que são usadas há décadas na fotoquímica inorgânica”, disse ele. “A ideia era encontrar um controle negativo, uma molécula que não se ligasse ao beta-amilóide. .”
Martí disse que as descobertas também afetarão o estudo de “muitas doenças associadas a outros tipos de amiloides: Parkinson, esclerose lateral amiotrófica (ALS), diabetes tipo 2, amiloidose sistêmica”.
Compreender os mecanismos de ligação das proteínas amilóides também é útil para estudar amilóides não patogênicos e suas possíveis aplicações no desenvolvimento de medicamentos e na ciência dos materiais.
“Existem amilóides funcionais que nosso corpo e outros organismos produzem por diferentes razões que não estão associadas a doenças”, disse Martí. “Existem organismos que produzem amilóides que têm efeitos antibacterianos. Existem organismos que produzem amilóides para fins estruturais, para criar barreiras, e outros que usam amilóides para armazenamento químico. O estudo de amilóides não patogênicos é uma área emergente da ciência, então isso é outro caminho que nossas descobertas podem ajudar a desenvolver.”
A National Science Foundation (2102563) e a família do falecido professor Donald DuPré, ex-aluno de Rice nascido em Houston e ex-professor de química da Universidade de Louisville, apoiaram a pesquisa.
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