Proteinele asociate cu Alzheimer au un rol important în celulele spermatozoide
O categorie de proteine, de obicei asociate cu afecțiuni ale creierului, ar putea juca un rol crucial în spermă, ajutând la transportul materialului genetic în celulele spermatozoide, conform unui studiu realizat de cercetători de la Zuckerman Institute din cadrul Universității Columbia.
Aceste descoperiri sugerează că proteinele cunoscute sub numele de amiloizi ar putea contribui la îmbunătățirea tehnologiilor de editare genetică, cum ar fi CRISPR.
Amyloizii sunt adesea considerați un semn distinctiv al bolilor neurodegenerative, precum Alzheimer și Parkinson, dar s-a constatat că au roluri funcționale în întregul organism, apărând în locuri neașteptate.
Proiectul neobișnuit a avut o origine surprinzătoare: virusul HIV. Cercetări anterioare au arătat că fibrilele amiloide din spermă pot ajuta HIV să pătrundă în celulele din tractul reproducător. William Mallen a explicat că, în calitate de autor principal al studiului, s-a întrebat dacă aceste fibrile pot ajuta și moleculele naturale din organism să ajungă în spermă, în special molecula genetică RNA.
RNA ajută la transformarea instrucțiunilor codificate în ADN în molecule proteice. Deși cercetătorii știau că fluidele seminale conțin multe RNA-uri mici, care influențează activitatea genelor în embrioni, modul în care acestea ajung în spermă rămânea o enigmă.
Cercetătorii au realizat o legătură între amiloizi și RNA, având în vedere că HIV folosește RNA ca material genetic, ceea ce este valabil pentru aproximativ jumătate dintre virușii cunoscuți. Deoarece amiloizii pot ajuta HIV să pătrundă în celule, au speculat că ar putea facilita și pătrunderea RNA-ului.
Amyloizii păreau a fi transportatori promițători pentru RNA, în parte datorită încărcărilor lor electrice: amiloizii sunt încărcați pozitiv, iar RNA-ul negativ. Folosind marcaje fluorescente pe ambele tipuri de molecule, Dr. Mallen a descoperit că acestea se leagă între ele și a speculat că amiloizii protejează RNA-ul, care este destul de fragil, prin faptul că sunt extrem de durabili.
Cercetătorii au analizat spermatozoizii folosind tomografia electronică criogenică, o tehnică care folosește fascicule de electroni pentru a crea imagini 3D ale specimenelor congelate. Această metodă poate obține o rezoluție aproape atomică, fiind cea mai avansată formă de microscopie din biologie. Folosind proteine amiloide marcate cu particule de aur, oamenii de știință au confirmat că aceste molecule pot pătrunde în spermatozoizi.
„Văzând acele fibre amiloide în interiorul celulelor spermatozoide a fost cu adevărat extraordinar pentru mine”, a declarat Dr. Mallen, acum student la medicină la Universitatea din Vermont. „Existau indicii că acest lucru se întâmpla în experimentele noastre anterioare, dar a vedea efectiv acest lucru ne-a lăsat fără cuvinte.”
În plus, cercetătorii au folosit o proteină fluorescentă pentru a evalua rata la care RNA-ul pătrundea în spermatozoizi și au descoperit că amiloizii pot îmbunătăți semnificativ acest proces. Odată ce RNA-ul legat de amiloid a pătruns în celule, o proteină cunoscută sub numele de clusterină poate ajuta la separarea RNA-ului de amiloid.
„Este o descoperire semnificativă”, a spus Dr. Fitzpatrick. El a adăugat că aceasta este o dovadă pentru Dr. Mallen, „un student absolvent îndrăzneț, dispus să se angajeze în știința de tip real swing-for-the-fences.” Dr. Mallen a menționat că în laboratorul lui Fitzpatrick, „totul este ‘go big or go home.’”
Cercetătorii nu știu încă ce rol joacă RNA-ul transportat de amiloizi odată ajuns în spermatozoizi, dar cercetări anterioare au arătat că RNA-ul din spermă poate activa sau dezactiva genele în urma. Aceste modificări epigenetice pot fi influențate de experiențele părinților și pot fi moștenite din generație în generație.
„Există tulburări metabolice, cum ar fi rezistența la insulină, care au arătat recent că pot fi transmise pe linie paternă la șoareci, iar se crede că RNA-ul este cum ajută la aceasta”, a spus Dr. Mallen. „Prin învățarea modului în care funcționează tulburările bazate pe epigenetică, putem să ne apropiem de posibilele tratamente sau prevenții.”
Cercetătorii sugerează, de asemenea, că amiloizii ar putea servi în viitor ca instrumente pentru a livra RNA în celule. De exemplu, tehnologia de editare genetică cunoscută sub numele de CRISPR, care folosește RNA, a generat o revoluție în genetică, ajutând oamenii de știință să modifice genele într-un mod rapid, ieftin și eficient, cu sute de studii clinice în curs de desfășurare pentru a testa utilizarea CRISPR în terapiile genetice.
În experimente, fibrilele amiloide nu doar că au adus RNA-uri mici în spermă, ci și molecule de RNA suficient de mari pentru a codifica o proteină fluorescentă verde. Embrionii fertilizați cu această spermă au putut genera de cel puțin 10 ori mai multă proteină decât spermatozoizii expuși la RNA fără amiloizi. Aceste descoperiri sugerează că oamenii de știință ar putea folosi în viitor amiloizii pentru a transporta gene terapeutice în celule și embrioni.
Cercetătorii au observat că CRISPR se bazează în prezent pe virusuri modificate ca mecanisme de livrare, care pot provoca reacții imune. „Deoarece fibrilele amiloide pe care le-am studiat sunt umane, sperăm că sistemul imunitar nu va reacționa la fel cum o face cu virusurile reutilizate adesea în terapia genică”, a spus Dr. Mallen.
