Il processo chimico imita le placche amiloidi in una struttura peptidica

I peptidi sono biomolecole formate dal legame di due o più aminoacidi che svolgono funzioni chiave nel corpo umano, come ormoni, neurotrasmettitori, antidolorifici e antibiotici. Per questo motivo sono studiati e utilizzati molto, ad esempio, nell’industria farmaceutica.

Uno studio condotto da scienziati del Dipartimento di Biofisica della Scuola di Medicina dell’Università Federale di San Paolo (EPM-UNIFESP) in Brasile ha identificato cambiamenti significativi nelle proprietà fisiche e chimiche dei peptidi durante un processo spontaneo di cambiamento chimico chiamato termoglutamazione.

L’acido piroglutammico è una modificazione risultante dalla conversione spontanea della glutammina in acido piroglutammico, con un impatto significativo sulle proprietà fisico-chimiche dei peptidi. È una parte ben nota ma spesso trascurata della sintesi peptidica ed è raramente esplorata in proteomica. I ricercatori che hanno condotto lo studio hanno confermato che ciò può avvenire rapidamente e accelerare con la temperatura, il che conferma la necessità di prestare attenzione durante gli esperimenti di laboratorio per evitare il riciclaggio della glutammina. È particolarmente importante in condizioni che imitano ambienti fisiologici in cui le temperature sono nell’ordine di 37°C, che è la temperatura normale per un essere umano sano.

Questa scoperta ha implicazioni per la ricerca di laboratorio e apre nuovi orizzonti per lo studio delle malattie neurodegenerative come l’Alzheimer e il morbo di Parkinson, perché dopo la modificazione chimica la molecola acquisisce una struttura amiloidogenica, che favorisce l’aggregazione delle molecole, formando placche come quelle che si ritiene causino malattie. nella domanda.

Un articolo sullo studio è pubblicato in Biochimica, che i suoi redattori hanno ritenuto innovativo e abbastanza importante da evidenziare la scoperta sulla rivista copertina. FAPESP ha sostenuto la ricerca attraverso due progetti (21/04885-3 E 22/03056-6).

Il gruppo ha condotto esperimenti in vitro per studiare il meccanismo mediante il quale l’amminoacido glutammina (Gln) viene convertito in acido piroglutammico (Pyr) in presenza di una sequenza peptidica o proteica all’estremità N-terminale. Questo processo avviene attraverso la deaminazione, una reazione che rimuove l’ammoniaca (NH3). Pyr (chiamato anche piroglutammato) è un amminoacido ciclico formato a seguito della disidratazione del glutammato. Tutte le proteine ​​sono composte da più amminoacidi legati insieme da legami peptidici, con differenze nel numero e nella sequenza degli amminoacidi.

“Il risultato potrebbe servire da modello per molti ricercatori che lavorano con i peptidi. Abbiamo raggiunto due risultati principali. Siamo tornati a un vecchio argomento, ovvero il modo in cui la glutammina viene idrolizzata in acido piroglutammico, ma abbiamo fornito un avvertimento sull’importanza dell’analisi. ” Il secondo punto è che dopo la conversione del Peptide, le sue proprietà cambiano e tende ad aderire alle membrane. La presenza di acido piroglutammico favorisce la formazione di aggregati amiloidogenici, simili a quelli tipicamente presenti nei casi di malattie neurodegenerative. Ha detto che le placche amiloidi si formano nel cervello e interrompono il flusso delle cellule nervose Clovis Ryuichi Nakaiautore dell’ultimo articolo.

Fasi di ricerca

La sequenza peptidica modello (QHALTSV-NH2) utilizzata nello studio è nata dalla ricerca di dottorato di Mariana Machado Leyva Ferreira, prima autrice dell’articolo, mentre stava cercando la struttura di circa due dozzine di peptidi presenti nelle sequenze di cinque G- recettori accoppiati a proteine ​​(GPCR) che variano in dimensioni fino a circa 20 aminoacidi. I GPCR catturano un’ampia gamma di segnali extracellulari (che vanno dai fotoni agli ioni, proteine, neurotrasmettitori e ormoni) e attivano vie di segnalazione intracellulari.

Uno dei peptidi prodotti da Ferreira si distinse per la sua bassa resa ed era l’unico a contenere glutammina all’estremità amminica. “Dopo il primo tentativo di sintesi con una resa molto bassa, abbiamo modificato diversi fattori per aumentare la produzione del peptide, compresi cambiamenti nella parte sintetica e nel processo di purificazione, ma sfortunatamente era sempre parzialmente degradato”, ha affermato.

Quando il gruppo ha testato soluzioni frequentemente utilizzate negli esperimenti di proteomica, ha scoperto che la conversione della glutammina in acido piroglutammico avveniva in tutte in funzione del tempo, secondo la tipica cinetica del primo ordine, dove il tasso di conversione era proporzionale al tempo impiegato . Attraverso la reazione. Hanno quindi deciso di non individuare la soluzione finché non fosse stato possibile dedurre il tasso di conversazione. Ad esempio, stimano che dopo cinque ore almeno il 10% della glutammina sia stato convertito in acido piroglutammico.

Il leggero cambiamento strutturale che si è verificato quando il peptide genitore è stato idrolizzato con piroglutammina all’estremità N è stato sufficiente ad alterare il comportamento fisico-chimico della molecola. “Poiché è ciclico e ha una carica positiva inferiore, il peptide Pyr dovrebbe essere più idrofobico della molecola madre, quindi ci aspettavamo che l’analogo interagisse con i sistemi che imitano la membrana. Ciò che non ci aspettavamo era che l’analogo comportasse la formazione di strutture amiloidi come quelle osservate nelle malattie neurodegenerative”. “Non ne abbiamo studiato nessuno, ma i nostri risultati puntano in questa direzione.” Emerson Rodrigo da SilvaIl penultimo autore dell’articolo ha detto alla FAPESP. Silva e Nakai sono gli autori corrispondenti.

Nakai ha sottolineato l’importanza dei cambiamenti post-traduzionali nell’organismo che coinvolgono la catena polipeptidica. Svolgono un ruolo nella diversità funzionale delle proteine ​​e consentono l’adattamento di una sequenza di aminoacidi codificata da un gene per svolgere diverse funzioni regolatorie.

“In questo contesto, il tempo come fattore sarà sempre associato al verificarsi dei cambiamenti, indipendentemente dalla loro velocità o dalla loro localizzazione nel nostro organismo. Questo ci ricorda l’idea di un orologio biologico, motivo per cui abbiamo proposto di posizionare una clessidra sulla copertina: “La rivista simboleggia la trasformazione spontanea di Gln in “Pyr”.

È professore all’EPM-UNIFESP da 45 anni e ha sottolineato il lavoro pionieristico svolto dal gruppo nel Dipartimento di Biofisica. Notò in particolare che essi introdussero in Brasile la sintesi e la biochimica dei peptidi e dei derivati ​​degli amminoacidi.

“I nostri risultati apriranno senza dubbio la strada a ulteriori studi. Avendo completato il lavoro di cui faceva parte la ricerca di dottorato di Mariana Ferreira, vogliamo andare avanti anche con questa linea di ricerca”, ha affermato.

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