Tecnologia Científica

Nova técnica identifica protea­nas no cérebro vivo
Liderado pela Northwestern University e pela University of Pittsburgh, o novo estudo oferece um passo gigantesco para a compreensão dos milhões de protea­nas distintas do cérebro
Por Northwestern University - 11/08/2021


Ph.D. O candidato Vasin Dumrongprechachan captura a expressão da protea­na no cérebro do camundongo para análise de espectrometria de massa, visualizada por microscopia de fluorescaªncia. As imagens mostram uma seção transversal sagital do estriado do mouse. Azul éo contorno do cérebro. Verde e magenta mostram protea­nas marcadas seletivamente para análise de espectrometria de massa. Crédito: Northwestern University

Pela primeira vez, os pesquisadores desenvolveram uma abordagem bem-sucedida para identificar protea­nas dentro de diferentes tipos de neura´nios no cérebro de um animal vivo.

Liderado pela Northwestern University e pela University of Pittsburgh, o novo estudo oferece um passo gigantesco para a compreensão dos milhões de protea­nas distintas do cérebro . Como blocos de construção de todas as células, incluindo os neura´nios, as protea­nas são as chaves para uma melhor compreensão de doenças cerebrais complexas, como Parkinson e Alzheimer, que podem levar ao desenvolvimento de novos tratamentos.

O estudo serápublicado em nesta quarta-feira, 11, na revista Nature Communications .

No novo estudo, os pesquisadores desenvolveram um va­rus para enviar uma enzima a um local preciso no cérebro de um camundongo vivo. Derivada da soja, a enzima marca geneticamente suas protea­nas vizinhas em um local predeterminado. Depois de validar a técnica por imagens do cérebro com fluorescaªncia e microscopia eletra´nica , os pesquisadores descobriram que a técnica tirou um instanta¢neo de todo o conjunto de protea­nas (ou proteoma) dentro dos neura´nios vivos, que podem então ser analisados ​​post mortem com espectroscopia de massa.

"Trabalho semelhante foi feito antes em culturas celulares. Mas as células em uma placa não funcionam da mesma maneira que no cérebro e não tem as mesmas protea­nas nos mesmos lugares fazendo as mesmas coisas", disse Yevgenia da Northwestern Kozorovitskiy, autor saªnior do estudo. "a‰ muito mais desafiador fazer este trabalho no tecido complexo do cérebro de um camundongo. Agora podemos pegar essa proeza protea´mica e coloca¡-la em circuitos neurais mais realistas com excelente tração genanãtica."

Ao marcar quimicamente as protea­nas e suas vizinhas, os pesquisadores agora podem ver como as protea­nas funcionam em uma área especa­fica e controlada e como funcionam umas com as outras em um proteoma. Junto com o va­rus que carrega a enzima da soja, os pesquisadores também usaram o va­rus para transportar uma protea­na fluorescente verde separada .

"O va­rus age essencialmente como uma mensagem que entregamos", disse Kozorovitskiy. "Nesse caso, a mensagem carregava essa enzima especial da soja. Em seguida, em uma mensagem separada, enviamos a protea­na fluorescente verde para nos mostrar quais neura´nios foram marcados. Se os neura´nios são verdes, sabemos que a enzima da soja foi expressa nesses neura´nios. "
 
Kozorovitskiy éo Professor Pesquisador de Biologia Molecular Soretta e Henry Shapiro, professor associado de neurobiologia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do Chemistry of Life Processes Institute. Ela coliderou o trabalho com Matthew MacDonald, professor assistente de psiquiatria do Centro Manãdico da Universidade de Pittsburgh.

A segmentação de protea­nas joga o catch-up

Embora o direcionamento genanãtico tenha transformado completamente a biologia e a neurociaªncia, o direcionamento de protea­nas lamentavelmente ficou para trás. Os pesquisadores podem amplificar e sequenciar genes e RNA para identificar seus blocos de construção exatos. As protea­nas, no entanto, não podem ser amplificadas e sequenciadas da mesma maneira. Em vez disso, os pesquisadores precisam dividir as protea­nas em pepta­deos e depois junta¡-los novamente, o que éum processo lento e imperfeito.

"Conseguimos ganhar muita tração com o sequenciamento genanãtico e de RNA, mas as protea­nas estãofora do circuito", disse Kozorovitskiy. "Mesmo assim, todos reconhecem a importa¢ncia das protea­nas. As protea­nas são os principais efetores em nossas células. a‰ muito importante entender onde estãoas protea­nas, como funcionam e como funcionam umas em relação a s outras."

"A protea´mica baseada em espectroscopia de massa éuma técnica poderosa", disse Vasin Dumrongprechachan, um Ph.D. candidato no laboratório de Kozorovitskiy e primeiro autor do artigo. "Com nossa abordagem, podemos comea§ar a mapear o proteoma de vários circuitos cerebrais com alta precisão e especificidade. Podemos atéquantifica¡-los para ver quantas protea­nas estãopresentes em diferentes partes dos neura´nios e do cérebro."

Pra³xima etapa: melhor compreensão das doenças cerebrais

Agora que este novo sistema foi validado e estãopronto para funcionar, os pesquisadores podem aplica¡-lo a modelos de camundongos para doenças para entender melhor as doenças neurolégicas.

"Esperamos estender essa abordagem para comea§ar a identificar as modificações bioquímicas nas protea­nas neuronais que ocorrem durante padraµes específicos de atividade cerebral ou commudanças induzidas por drogas neuroativas para facilitar os avanços clínicos", disse Dumrongprechachan.

"Esperamos levar isso a modelos relacionados a doenças cerebrais e conectar esses estudos ao trabalho de protea´mica pa³s-morte no cérebro humano", disse Kozorovitskiy. "Esta¡ pronto para ser aplicado a esses modelos e mal podemos esperar para comea§ar."

 

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