Amilóide beta - Amyloid beta

Peptídeo beta amilóide (beta-APP)
Abeta 2lfm.jpg
Uma estrutura parcialmente dobrada de beta amiloide (1 40) em um ambiente aquoso (pdb 2lfm)
Identificadores
Símbolo APLICATIVO
Pfam PF03494
InterPro IPR013803
SCOP2 2lfm / SCOPe / SUPFAM
TCDB 1.C.50
Superfamília OPM 304
Proteína OPM 2y3k
Membranome 45
Proteína precursora de beta amilóide (A4) (peptidase nexin-II, doença de Alzheimer)
APP processing.png
Processamento da proteína precursora de amilóide
Identificadores
Símbolo APLICATIVO
Alt. símbolos AD1
Gene NCBI 351
HGNC 620
OMIM 104760
RefSeq NM_000484
UniProt P05067
Outros dados
Locus Chr. 21 q21.2

Beta amilóide ( A? Ou Abeta ) indica a péptidos de 36-43 aminoácidos , que são o principal componente das placas de amilóide encontradas nos cérebros de pessoas com a doença de Alzheimer . Os peptídeos derivam da proteína precursora amilóide (APP), que é clivada pela beta secretase e gama secretase para produzir Aβ em um processo dependente de colesterol e apresentação de substrato . As moléculas Aβ podem agregar para formar oligômeros solúveis flexíveis que podem existir em várias formas. Acredita-se agora que certos oligômeros mal dobrados (conhecidos como "sementes") podem induzir outras moléculas Aβ a também assumir a forma oligomérica mal dobrada, levando a uma reação em cadeia semelhante a uma infecção por príon . Os oligômeros são tóxicos para as células nervosas . A outra proteína implicada na doença de Alzheimer, a proteína tau , também forma esses oligômeros mal dobrados semelhantes a príons e há algumas evidências de que Aβ mal dobrado pode induzir tau a dobrar mal.

Um estudo sugeriu que a APP e seu potencial amilóide têm origens antigas, datando desde os primeiros deuterostômios .

Função normal

A função normal de Aβ não é bem compreendida. Embora alguns estudos em animais tenham mostrado que a ausência de Aβ não leva a nenhuma perda óbvia da função fisiológica, várias atividades potenciais foram descobertas para Aβ, incluindo ativação de enzimas quinase , proteção contra estresse oxidativo , regulação do transporte de colesterol , funcionando como um fator de transcrição e atividade antimicrobiana (potencialmente associada à atividade pró- inflamatória do Aβ ).

O sistema glifático limpa os resíduos metabólicos do cérebro dos mamíferos e, em particular, o beta amilóide. De fato, várias proteases foram implicadas por estudos genéticos e bioquímicos como sendo responsáveis ​​pelo reconhecimento e degradação da beta amilóide; estes incluem a enzima degradadora da insulina. e protease pré-sequência. A taxa de remoção aumenta significativamente durante o sono. No entanto, o significado do sistema linfático na depuração de Aβ na doença de Alzheimer é desconhecido.

Associações de doenças

Aβ é o principal componente das placas amilóides , depósitos extracelulares encontrados no cérebro de pessoas com doença de Alzheimer. Aβ também pode formar os depósitos que revestem os vasos sanguíneos cerebrais na angiopatia amilóide cerebral . As placas são compostas por um emaranhado de oligômeros Aβ e agregados regularmente ordenados chamados fibrilas amilóides , uma dobra protéica compartilhada por outros peptídeos, como os príons associados a doenças de dobramento incorreto de proteínas.

doença de Alzheimer

A pesquisa sugere que as formas oligoméricas solúveis do peptídeo podem ser agentes causadores do desenvolvimento da doença de Alzheimer. Em geral, acredita-se que os oligômeros Aβ são os mais tóxicos. A hipótese do canal de íons postula que os oligômeros de Aβ solúvel e não fibrilar formam canais de íons de membrana , permitindo o influxo de cálcio desregulado para os neurônios que está subjacente à homeostase de íons de cálcio interrompida e apoptose observada na doença de Alzheimer. Estudos computacionais demonstraram que também os peptídeos Aβ incorporados na membrana como monômeros com configuração helicoidal predominante, podem oligomerizar e, eventualmente, formar canais cuja estabilidade e conformação estão sensivelmente correlacionadas à presença e arranjo concomitante de colesterol. Uma série de estudos genéticos, de biologia celular, bioquímicos e animais apoiam o conceito de que Aβ desempenha um papel central no desenvolvimento da patologia da doença de Alzheimer.

O Aβ cerebral é elevado em pessoas com doença de Alzheimer esporádica. Aβ é o principal constituinte do parênquima cerebral e da amilóide vascular; contribui para lesões cerebrovasculares e é neurotóxico. Não está resolvido como Aβ se acumula no sistema nervoso central e, subsequentemente, inicia a doença das células. Alguns pesquisadores descobriram que os oligômeros Aβ induzem alguns dos sintomas da doença de Alzheimer, competindo com a insulina por locais de ligação no receptor de insulina, prejudicando assim o metabolismo da glicose no cérebro. Esforços significativos têm sido focados nos mecanismos responsáveis ​​pela produção de Aβ, incluindo as enzimas proteolíticas gama- e β-secretetases que geram Aβ a partir de sua proteína precursora, APP (proteína precursora de amilóide). Aβ circula no plasma, líquido cefalorraquidiano (CSF) e líquido intersticial cerebral (ISF) principalmente como Aβ40 As placas amilóides solúveis contêm Aβ40 e Aβ42, enquanto a amiloide vascular é predominantemente a Aβ40 mais curta. Várias sequências de Aβ foram encontradas em ambas as lesões. A geração de Aβ no sistema nervoso central pode ocorrer nas membranas axonais neuronais após o transporte axonal mediado por APP de β-secretase e presenilina-1.

Aumentos nos níveis de Aβ total ou na concentração relativa de Aβ40 e Aβ42 (onde o primeiro está mais concentrado em placas cerebrovasculares e o último em placas neuríticas ) foram implicados na patogênese da doença de Alzheimer familiar e esporádica. Devido à sua natureza mais hidrofóbica, o Aβ42 é a forma mais amiloidogênica do peptídeo. No entanto, a sequência central KLVFFAE é conhecida por formar amiloide por conta própria e, provavelmente, forma o núcleo da fibrila. Um estudo correlacionou ainda os níveis de Aβ42 no cérebro não apenas com o início da doença de Alzheimer, mas também reduziu a pressão do líquido cefalorraquidiano, sugerindo que um aumento ou incapacidade de limpar fragmentos de Aβ42 pode desempenhar um papel na patologia.

A " hipótese amilóide ", de que as placas são responsáveis ​​pela patologia da doença de Alzheimer, é aceita pela maioria dos pesquisadores, mas não está estabelecida de forma conclusiva. Uma hipótese alternativa é que oligômeros amilóides, em vez de placas, são responsáveis ​​pela doença. Os camundongos que são geneticamente modificados para expressar oligômeros, mas não placas (APP E693Q ) desenvolvem a doença. Além disso, os camundongos que são, além disso, projetados para converter oligômeros em placas (APP E693Q X PS1 ΔE9), não são mais prejudicados do que os camundongos apenas com oligômero. Depósitos intracelulares de proteína tau também são observados na doença e também podem estar implicados, assim como a agregação de alfa-sinucleína .

Câncer

Embora Aβ tenha sido implicado no desenvolvimento do câncer , estimulando estudos sobre uma variedade de cânceres para elucidar a natureza de seus possíveis efeitos, os resultados são amplamente inconclusivos. Os níveis de Aβ foram avaliados em relação a uma série de cânceres, incluindo esofágico , colorretal , pulmonar e hepático , em resposta às reduções observadas no risco de desenvolver a doença de Alzheimer em sobreviventes desses cânceres. Todos os cânceres mostraram estar associados positivamente aos níveis aumentados de Aβ, particularmente os cânceres hepáticos. Essa direção de associação, entretanto, ainda não foi estabelecida. Estudos com foco em linhagens de células de câncer de mama humano demonstraram ainda que essas células cancerosas exibem um nível aumentado de expressão da proteína precursora de amiloide.

Síndrome de Down

Adultos com síndrome de Down tiveram acúmulo de amilóide em associação com evidências da doença de Alzheimer, incluindo declínios no funcionamento cognitivo, memória, movimentos motores finos, funcionamento executivo e habilidades visuoespaciais.

Formação

Aβ é formado após clivagem sequencial da proteína precursora amilóide (APP), uma glicoproteína transmembrana de função indeterminada. A APP pode ser clivada pelas enzimas proteolíticas α- , β- e γ-secretase ; A proteína Aβ é gerada pela ação sucessiva das secretases β e γ. A γ secretase, que produz a extremidade C-terminal do peptídeo Aβ, cliva dentro da região transmembranar de APP e pode gerar uma série de isoformas de 30-51 resíduos de aminoácidos de comprimento. As isoformas mais comuns são Aβ 40 e Aβ 42 ; a forma mais longa é tipicamente produzida por clivagem que ocorre no retículo endoplasmático , enquanto a forma mais curta é produzida por clivagem na rede trans- Golgi .

Genética

Mutações autossômicas dominantes em APP causam doença de Alzheimer de início hereditário (DA familiar, fAD). Esta forma de AD é responsável por não mais do que 10% de todos os casos, e a grande maioria da AD não é acompanhada por tais mutações. No entanto, é provável que a doença de Alzheimer familiar resulte de processamento proteolítico alterado . Isso é evidenciado pelo fato de que muitas mutações que levam ao fAD ocorrem perto dos locais de clivagem da γ-secretase na APP. Uma das mutações mais comuns que causam fAD, London Mutation , ocorre no códon 717 do gene APP e resulta em uma substituição do aminoácido valina por isoleucina. Histoquímica da mutação APP V717I revelou extensa patologia AP ao longo do neuroeixo, bem como difundida angiopatia amilóide cerebral (CAA).

O gene da proteína precursora da amiloide está localizado no cromossomo 21 e, portanto, as pessoas com síndrome de Down têm uma incidência muito alta de doença de Alzheimer.

Estrutura e toxicidade

Acredita-se que a beta amilóide seja intrinsecamente desestruturada , o que significa que, em solução, ela não adquire uma única dobra terciária, mas preenche um conjunto de estruturas. Como tal, não pode ser cristalizado e a maior parte do conhecimento estrutural sobre o beta amilóide vem de RMN e dinâmica molecular . Os primeiros modelos derivados de NMR de um polipeptídeo de 26 aminoácidos de beta amiloide (Aβ 10-35) mostram uma estrutura de bobina colapsada desprovida de conteúdo significativo de estrutura secundária . No entanto, a estrutura de NMR mais recente (2012) de (Aβ 1-40) tem uma estrutura secundária e terciária significativa. Estudos de dinâmica molecular de troca de réplicas sugeriram que a beta amilóide pode de fato povoar vários estados estruturais discretos; estudos mais recentes identificaram uma multiplicidade de clusters conformacionais discretos por análise estatística. Por simulações guiadas por NMR, amilóide beta 1-40 e amilóide beta 1-42 também parecem apresentar estados conformacionais altamente diferentes, com o terminal C do amilóide beta 1-42 sendo mais estruturado do que aquele do fragmento 1-40.

Condições de baixa temperatura e baixo teor de sal permitiram isolar oligômeros em forma de disco pentamérico desprovidos de estrutura beta. Em contraste, os oligômeros solúveis preparados na presença de detergentes parecem apresentar um conteúdo substancial de folha beta com caráter paralelo e antiparalelo misto, diferente das fibrilas; estudos computacionais sugerem um motivo beta-turn-beta antiparalelo em vez de oligômeros embutidos na membrana.

Os mecanismos sugeridos pelos quais o beta amilóide pode danificar e causar morte neuronal incluem a geração de espécies reativas de oxigênio durante o processo de sua auto-agregação. Quando isso ocorre na membrana dos neurônios in vitro, causa a peroxidação lipídica e a geração de um aldeído tóxico denominado 4-hidroxinonenal que, por sua vez, prejudica a função das ATPases motivadoras de íons, transportadores de glicose e transportadores de glutamato . Como resultado, o beta amiloide promove despolarização da membrana sináptica, influxo excessivo de cálcio e comprometimento mitocondrial. As agregações do peptídeo beta-amilóide rompem as membranas in vitro.

Estratégias de intervenção

Os pesquisadores da doença de Alzheimer identificaram várias estratégias como possíveis intervenções contra a amiloide:

  • Inibidores da β-secretase . Eles atuam no bloqueio da primeira clivagem da APP dentro da célula, no retículo endoplasmático.
  • Inibidores da γ-secretase (por exemplo, semagacestat ). Estes funcionam para bloquear a segunda clivagem de APP na membrana celular e, em seguida, interromperiam a formação subsequente de Aβ e seus fragmentos tóxicos.
  • Agentes redutores seletivos de Aβ 42 (por exemplo, tarenflurbil ). Estes modular γ-secretase para reduzir Ap 42 produção em favor de outros mais curtos () A? Versões.

β- e γ-secretase são responsáveis ​​pela geração de Aβ a partir da liberação do domínio intracelular de APP, o que significa que os compostos que podem inibir parcialmente a atividade de β- ou γ-secretase são altamente procurados. A fim de iniciar a inibição parcial da β- e γ-secretase, é necessário um composto que possa bloquear o grande sítio ativo das aspartil proteases, embora seja capaz de contornar a barreira hematoencefálica. Até o momento, o teste em humanos foi evitado devido à preocupação de que pudesse interferir na sinalização por meio de proteínas Notch e outros receptores de superfície celular.

  • Imunoterapia . Isso estimula o sistema imunológico do hospedeiro a reconhecer e atacar Aβ, ou fornecer anticorpos que impedem a deposição de placas ou aumentam a eliminação de placas ou oligômeros Aβ. A oligomerização é um processo químico que converte moléculas individuais em uma cadeia que consiste em um número finito de moléculas. A prevenção da oligomerização de Aβ foi exemplificada por imunização Aβ ativa ou passiva. Neste processo, anticorpos para Aβ são usados ​​para diminuir os níveis de placa cerebral. Isso é realizado promovendo a eliminação da microglia e / ou redistribuindo o peptídeo do cérebro para a circulação sistêmica. Os anticorpos que têm como alvo Aβ que atualmente em ensaios clínicos incluíram aducanumabe , bapineuzumabe , crenezumabe , gantenerumabe e solanezumabe . As vacinas de beta amilóide que estão atualmente em ensaios clínicos incluem CAD106 e UB-311 . No entanto, as revisões da literatura levantaram questões quanto à eficácia geral da imunoterapia. Um desses estudos avaliando dez anticorpos anti-Ab42 mostrou proteção cognitiva mínima e resultados dentro de cada ensaio, pois os sintomas estavam muito avançados no momento da aplicação para serem úteis. Mais desenvolvimento ainda é necessário para aplicação àqueles que são pré-sintomáticos para avaliar sua eficácia no início da progressão da doença.
  • Agentes anti-agregação, como apomorfina ou carbenoxolona . Este último tem sido comumente usado como tratamento para úlceras pépticas, mas também apresenta propriedades neuroprotetoras, que melhoram as funções cognitivas, como fluência verbal e consolidação da memória. Ao se ligar com alta afinidade a fragmentos de Aβ42, principalmente por meio de ligações de hidrogênio, a carbenoxolona captura os peptídeos antes que eles possam se agregar, tornando-os inertes, bem como desestabiliza aqueles agregados já formados, ajudando a eliminá-los. Este é um mecanismo comum de ação de agentes antiagregantes em geral.
  • Estudos comparando o Aβ 42 sintético com o recombinante em ensaios que medem a taxa de fibrilação, homogeneidade da fibrila e toxicidade celular mostraram que o Aβ 42 recombinante teve uma taxa de fibrilação mais rápida e maior toxicidade do que o peptídeo beta 1-42 amilóide sintético.
  • A modulação da homeostase do colesterol produziu resultados que mostram que o uso crônico de medicamentos para baixar o colesterol, como as estatinas, está associado a uma menor incidência de DA. Em camundongos geneticamente modificados pela APP, as drogas para baixar o colesterol mostraram reduzir a patologia geral. Embora o mecanismo seja mal compreendido, parece que as drogas para baixar o colesterol têm um efeito direto no processamento de APP.
  • A memantina é um medicamento para a doença de Alzheimer que recebeu ampla aprovação. É um bloqueador de canal de N-metil-D-aspartato ( NMDA ) não competitivo . Ao se ligar ao receptor NMDA com maior afinidade do que os íons Mg2 +, a memantina é capaz de inibir o influxo prolongado de íons Ca2 +, particularmente dos receptores extra-sinápticos, que constituem a base da excitotoxicidade neuronal. É uma opção para o tratamento de pessoas com doença de Alzheimer moderada a grave (efeito modesto). O estudo mostrou que 20 mg / dia melhorou a cognição, a capacidade funcional e os sintomas comportamentais.
  • Norvaline é um medicamento candidato para o tratamento da doença de Alzheimer. É um inibidor da arginase que atravessa facilmente a barreira hematoencefálica e reduz a perda de arginina no cérebro. A deposição de beta amilóide está associada à privação e neurodegeneração de L-arginina. Os camundongos tratados com Norvalina apresentam memória espacial melhorada, aumento das proteínas relacionadas à neuroplasticidade e diminuição da beta amilóide.

Medindo amilóide beta

Micrografia mostrando beta amilóide (marrom) em placas amilóides do córtex cerebral (canto superior esquerdo da imagem) e vasos sanguíneos cerebrais (direito da imagem) com imunocoloração .

Os compostos de imagem, notavelmente o composto B de Pittsburgh , (6-OH-BTA-1, uma tioflavina ), podem se ligar seletivamente ao beta amilóide in vitro e in vivo. Esta técnica, combinada com imagens PET , é usada para imagens de áreas de depósitos de placa em pessoas com Alzheimer.

Post mortem ou em biópsias de tecido

O beta amilóide pode ser medido semiquantitativamente com imunocoloração , o que também permite determinar a localização. A beta amilóide pode ser principalmente vascular, como na angiopatia amilóide cerebral , ou em placas amilóides na substância branca .

Um método sensível é o ELISA, que é um ensaio imunoabsorvente que utiliza um par de anticorpos que reconhecem o beta amilóide.

A microscopia de força atômica , que pode visualizar superfícies moleculares em nanoescala, pode ser usada para determinar o estado de agregação de beta amilóide in vitro.

A microespectroscopia vibracional é um método sem etiqueta que mede a vibração das moléculas em amostras de tecido. Proteínas amilóides como Aβ podem ser detectadas com esta técnica devido ao seu alto teor de estruturas de folha β. Recentemente, a formação de fibrilas Aβ foi resolvida em diferentes tipos de placas na doença de Alzheimer , indicando que as placas transitam por diferentes estágios de seu desenvolvimento.

A interferometria de polarização dupla é uma técnica óptica que pode medir os estágios iniciais de agregação medindo o tamanho molecular e as densidades conforme as fibrilas se alongam. Esses processos agregados também podem ser estudados em construções de bicamada lipídica.

Veja também

Referências

links externos