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Un nuevo estudio ha detectado cuantitativamente las circunstancias en las que una proteína estrechamente asociada a la enfermedad de Parkinson comienza a funcionar mal y se acumula en el cerebro. La investigación, realizada por un equipo de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, identificó un umbral crítico en los niveles de una proteína llamada alfa-sinucleína, que normalmente juega un papel importante en la fluidez de las señales químicas en el cerebro.
Una vez que se supera ese umbral, los investigadores encontraron que las posibilidades de que las proteínas alfa-sinucleína se unan en estructuras potencialmente tóxicas avanza dramáticamente. Este proceso, conocido como la nucleación, es el primer paso fundamental en la cadena de eventos que los científicos piensan que conduce al desarrollo de la enfermedad de Parkinson.
Los resultados representan un paso importante hacia la comprensión de cómo y por qué las personas desarrollan la enfermedad de Parkinson. De acuerdo con la organización benéfica británica de Parkinson, una de cada 500 personas en Reino Unido, un estimado de 127.000 individuos en total, tiene actualmente la patología, que aún sigue siendo incurable.
La doctora , investigadora asociada en la Facultad de St. John, de la Universidad de Cambridge, y autora principal del estudio, señala: "Encontrar una cura para el Parkinson depende de nuestra capacidad de entenderlo. Por primera vez, hemos sido capaces de proporcionar una descripción mecanicista de los eventos moleculares iniciales que en última instancia pueden resultar en el desarrollo de la enfermedad".
El estudio, que se publica en 'Nature Chemical Biology', sugiere que la probabilidad de que un individuo desarrolle la enfermedad de Parkinson está relacionada con un delicado equilibrio entre la proteína alfa-sinucleína y el número de vesículas sinápticas en el cerebro. Las vesículas sinápticas son estructuras pequeñas como burbujas que ayudan a llevar los neurotransmisores o señales químicas entre las células nerviosas. La célula constantemente reproduce las vesículas para posibilitar esto.
En circunstancias normales, la alfa-sinucleína juega un papel fundamental en la liberación de estos neurotransmisores de una célula nerviosa a otra, algo que hace uniéndose a una membrana delgada alrededor de la vesícula sináptica, conocida como la bicapa lipídica.
Cuando la alfa-sinucleína se une a las vesículas de lípidos, se pliega en una forma helicoidal con el fin de realizar su función. Sin embargo, en ciertas circunstancias, las proteínas en la superficie de la vesícula se pliegan incorrectamente y se pegan juntas.
Una vez que este proceso de nucleación ha comenzado, entonces hay peligro de que las moléculas de proteína libres dentro de la célula del cerebro entren en contacto con el núcleo deforme en la superficie de los lípidos. A medida que estos se combinan, forman cadenas de hilo, llamadas fibrillas de amiloide, y comienzan a llegar a ser tóxicas para otras células. Estos depósitos de amiloide de agregados de alfa-sinucleína, también conocidos como cuerpos Lewy, son el sello distintivo de la enfermedad de Parkinson.
La investigación anterior ha sugerido que la sobreexpresión de la alfa-sinucleína en el cerebro es de alguna manera asociable con la aparición de la enfermedad de Parkinson y que la interacción de alfa-sinucleína con la bicapa lipídica podría desempeñar un papel en la modulación del desarrollo de la patología, pero hasta ahora no estaba claro por qué podría ser así.
En el nuevo trabajo, el equipo de investigación simuló el proceso por el cual las proteínas se unen a las vesículas mediante la creación de vesículas sintéticas en el laboratorio. Éstas fueron incubadas con diferentes cantidades de alfa-sinucleína.
Los resultados mostraron que cuando la relación de moléculas de proteína de vesículas excede un nivel de aproximadamente 100 (un nivel diez veces superior al que normalmente se encuentra en un cerebro humano), las proteínas adhiriéndose a la bicapa lipídica alrededor de una vesícula están demasiado altamente concentradas y juntas en la superficie. Como resultado de ello, los riesgos de la nucleación de las proteínas en la superficie de los lípidos son, notablemente, por lo menos mil veces más altos que las posibilidades de dos proteínas unidas juntas al azar en una solución.
"Quedó claro en nuestro experimento que hay condiciones específicas en las que se puede ver cómo sucede la unión y otras condiciones en las que no se produce", añade Galvagnion. "Resulta que la ratio determina la capacidad de las proteínas alfa-sinucleína de nucleación. Esto nos proporciona una explicación probable de cómo se producen los primeros pasos que conducen a la enfermedad de Parkinson", resume.
En conjunto, los resultados ofrecen, por primera vez, una descripción mecanicista de la función clave que las interacciones de membrana pueden jugar en el inicio de las enfermedades neurodegenerativas, incluyendo la enfermedad de Parkinson.
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