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
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. "
Â
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."