Caracterización de los mecanismos y factores clave en la nucleación primaria de αlfa-sinucleína asociada a la agregación amiloide en la enfermedad de parkinson

Resumen

α-sinucleína (αS) es una proteína neuronal presináptica intrínsecamente desordenada cuyo mal plegamiento y agregación en forma de fibras amiloides es el sello distintivo de diferentes trastornos neurodegenerativos conocidos como sinucleinopatías. Entre estos trastornos cabe destacar especialmente la enfermedad de Parkinson, asociada típicamente al envejecimiento y que constituye la segunda enfermedad neurodegenerativa más común en el mundo. Crecientes evidencias experimentales sugieren que αS puede generar diferentes tipos de polimorfos amiloides con diferentes toxicidades y grados de infectividad, lo que sugiere un vínculo potencial entre la estructura y la patología de estas especies. Comparaciones estructurales entre polimorfos han sugerido recientemente que los polimorfos de αS que se han generado in vitro hasta ahora difieren notablemente de los que se obtienen a partir de extractos de cerebro de pacientes, lo que sugiere que las condiciones utilizadas hasta la fecha para inducir agregación de la proteína in vitro no recapitulan los mecanismos y rutas amiloides que tienen lugar in vivo, siendo éstos aún desconocidos. En este sentido sólo se han explorado hasta la fecha condiciones de agregación de αS in vitro en las que el proceso se inicia mediante nucleación heterogénea a través de interfases hidrofóbicas/hidrofílicas, quedando por esclarecer si αS es capaz de autoensamblarse a través de una nucleación homogénea. En esta tesis se ha logrado ampliar nuestro conocimiento sobre los mecanismos moleculares y los factores, tanto intrínsecos como extrínsecos, que desencadenan el autoensamblaje de αS, así como caracterizar diferentes rutas de agregación amiloide de esta proteína y los polimorfos generados a través de las mismas. Hemos podido descubrir que el grado de hidratación de la proteína es un factor decisivo para el control de la velocidad de nucleación, siendo excesivamente lenta en condiciones de alta hidratación o acelerándose en varios órdenes de magnitud al reducirse la actividad de agua. Además, el grado de hidratación también dictamina la preferencia por el tipo de nucleación primaria, siendo la nucleación homogénea el proceso más favorable en condiciones de hidratación limitadas, como las que tendrían lugar en el interior de condensados biomoleculares generados por separación de fases líquido-líquido. Dependiendo del tipo de nucleación más favorable según las condiciones en las que se encuentra αS, se formarán polimorfos estructurales amiloides drásticamente diferentes, que difieren en todos los niveles posibles de variabilidad estructural, desde su contenido estructural secundario y orientación peptídica hasta la organización cuaternaria de los protofilamentos constituyentes. Por otro lado, hemos identificado el papel que juegan las diferentes regiones de αS en el mecanismo de nucleación primaria heterogénea, hallando la existencia de dos regiones clave, un en torno a los residuos 1-20 y que se encuentra involucrada en la interacción de la proteína con las interfases y otra en torno a los residuos 70-90 que se haya involucrada en el establecimiento de los puentes de hidrógeno intermoleculares que darán lugar a la formación del núcleo amiloide. Así mismo, hemos logrado comprender la importancia, para la nucleación primaria heterogénea, de la configuración de la cadena peptídica, y concretamente de la región NAC, al adsorberse a superficies hidrofóbicas y el papel que juega la región C-terminal en modularla. Estos hallazgos contribuyen en gran medida a comprender el complejo paisaje conformacional de la agregación amiloide de αS y abren la puerta al estudio de nuevas rutas de agregación amiloide que pueden tener una mayor relevancia fisiológica.