La proteina α-sinucleina è una delle proteine ​​più abbondanti nel cervello umano. Viene spesso definita la "proteina del Parkinson, " poiché la deposizione di questa proteina nelle cellule cerebrali è un segno distintivo della malattia di Parkinson. Nonostante l'alto interesse della ricerca biomedica sulla proteina, molte domande riguardanti la funzione e la fisiologia dell'α-sinucleina nelle cellule viventi rimangono ancora senza risposta. Per esempio, in precedenza non era chiaro se e in che misura la proteina si legasse e interagisse con i componenti interni delle cellule come le membrane.

Poiché tali processi potrebbero svolgere un ruolo nello sviluppo della malattia, il team guidato dal chimico fisico di Costanza, il professor Malte Drescher, ha utilizzato l'ulteriore sviluppo di un metodo di misurazione consolidato chiamato spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (spettroscopia EPR) per saperne di più sulle proprietà di legame della proteina di Parkinson. Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica The Journal of Physical Chemistry Letters , fornisce la prova del concetto che il metodo avanzato è fondamentalmente adatto per chiarire le interazioni proteina-lipidi nelle cellule. Per di più, questo primo test pratico ha fornito prove dirette del legame dell'α-sinucleina alle membrane intracellulari.

Più lento non è sempre più completo

La versione avanzata della spettroscopia EPR, nell'attuale studio utilizzato per la prima volta nella pratica, si chiama spettroscopia EPR a scansione rapida. In entrambi i metodi, il convenzionale e l'avanzato, le proteine ​​da studiare vengono prima dotate delle cosiddette sonde di spin. Queste sonde chimiche consentono di rilevare i cambiamenti nella struttura delle proteine. Le sonde di spin hanno ciascuna un elettrone libero il cui spin è eccitato dall'irradiazione con microonde. "Possiamo immaginare gli spin come piccoli aghi di bussola che sono influenzati dall'irradiazione a microonde durante la misurazione, " spiega Drescher. Nella spettroscopia EPR convenzionale, per ogni gruppo di spin eccitati è necessario attendere che questa influenza decada prima che il gruppo possa essere nuovamente eccitato. Questo processo relativamente lungo deve essere ripetuto su molti passaggi per ottenere la misurazione completa.

Con la spettroscopia EPR a scansione rapida, al contrario, non è più necessario attendere che l'influenza su un gruppo di centrifuga diminuisca prima di continuare la misurazione. "Anziché, corri l'influenza spettrale da un gruppo di spin a un gruppo di spin e poi torni al primo gruppo proprio nel momento in cui la sua eccitazione si è appena placata, " dice Drescher. Da un lato, questa procedura riduce il tempo di misurazione richiesto, mentre dall'altro permette l'applicazione di una maggiore potenza a microonde, portando a una migliore accuratezza del metodo. I ricercatori hanno sfruttato entrambi questi vantaggi nel loro attuale studio sul comportamento di legame dell'α-sinucleina.

Il nuovo metodo in pratica

Da precedenti studi condotti in vitro ("in provetta") era già noto che la "proteina Parkinson" α-sinucleina può legarsi a membrane lipidiche caricate elettricamente negativamente. Nella spettroscopia EPR, questo processo di legame è accompagnato da un cambiamento caratteristico del segnale misurato. "L'α-sinucleina inizialmente disordinata assume una forma ordinata quando si lega alla membrana. Ciò riduce la mobilità della sonda di spin, e il legame della proteina può essere rilevato direttamente dal metodo di misurazione, " spiega Theresa Braun, dottorando nel gruppo di ricerca di Drescher e, insieme a Juliane Stehle, autore principale dello studio.

Usando il sintetico, vescicole di membrana caricate negativamente e α-sinucleina purificata, Drescher ei suoi colleghi sono stati in grado di rilevare lo stesso cambiamento di segnale nella spettroscopia EPR a scansione rapida. Però, sono riusciti non solo in vitro, ma anche all'interno delle cellule della rana artigliata africana (Xenopus laevis), in cui prima furono introdotte le vescicole artificiali di membrana e, poco tempo dopo, la proteina era. Il team di ricerca ha quindi effettuato misurazioni dipendenti dal tempo ed è stato in grado di osservare direttamente, in base alla variazione del segnale di misura, come la proporzione della proteina legata nella cellula è aumentata nel tempo.

Un aumento comparabile, anche se significativamente più debole, della quantità di α-sinucleina legata nel tempo è stato osservato anche quando non sono state introdotte membrane artificiali nella cellula. Così, secondo Drescher, rimaneva solo una spiegazione per questa osservazione cruciale. "Questa è la prima volta che vediamo una prova diretta che l'α-sinucleina interagisce con l'endogeno, cioè anche le membrane lipidiche naturalmente esistenti, " conclude lo scienziato. A causa delle dimensioni relativamente piccole dell'effetto, negli esperimenti con metodi di misurazione meno precisi questo era rimasto precedentemente nascosto.

Da rana a umano

Negli studi futuri, Il team di Malte Drescher intende basarsi su questo risultato e chiarire ulteriormente il processo di legame intracellulare dell'α-sinucleina ai componenti cellulari naturali, per saperne di più sulla funzione della proteina. Un passo importante in questo processo sarà il passaggio dalle cellule di rana come sistema modello a vari tipi di cellule di mammifero. L'obiettivo a lungo termine è comprendere meglio le interazioni proteina-lipidi della "proteina di Parkinson" e il suo ruolo nello sviluppo della malattia di Parkinson al fine di poter sviluppare approcci terapeutici adeguati.