1H, 13C, and 15N chemical shift assignments of monomorphic Aβ1-40 at 100 kHz MAS in a diamond rotor

A doença de Alzheimer é uma condição devastadora que corrói a memória e a identidade, afetando milhões de pessoas em todo o mundo. No cerne desta doença reside um minúsculo fragmento de proteína chamado beta-amiloide. Em circunstâncias normais, essas proteínas flutuam inofensivamente no fluido que envolve as células cerebrais. No entanto, no Alzheimer, elas se dobram incorretamente e se agrupam em fibras longas e rígidas conhecidas como fibrilas. Essas fibrilas acumulam-se nas placas que são a marca registrada da doença. Embora os cientistas saibam há muito tempo que essas placas existem, entender exatamente como as proteínas se empilham tem sido difícil. As proteínas podem se organizar de muitas maneiras diferentes, de forma muito semelhante a um conjunto de blocos de construção que podem ser montados em várias estruturas. Essa variedade, ou polimorfismo, torna difícil determinar uma forma única e definitiva, o que, por sua vez, complica os esforços para projetar medicamentos que possam interromper o processo. Para resolver isso, os pesquisadores precisam de uma maneira de ver os átomos dessas fibras com extrema clareza, mapeando exatamente onde cada peça se situa em relação às suas vizinhas.

Uma equipe de pesquisadores forneceu agora um mapa extraordinariamente claro de uma versão específica dessas fibras amiloides. Eles focaram em uma forma da proteína chamada Aβ1-40, que é o tipo mais comum encontrado no cérebro. Em um trabalho anterior, a equipe já havia cultivado uma amostra muito uniforme dessas fibras em laboratório, garantindo que cada fibra parecesse exatamente igual, ao contrário das misturas desordenadas frequentemente encontradas na natureza. Eles haviam determinado anteriormente a estrutura atômica dessa amostra uniforme usando uma técnica chamada ressonância magnética nuclear, que funciona como um scanner sofisticado para detectar a posição de átomos. No entanto, esse mapa anterior estava faltando uma peça crucial do quebra-cabeça: os átomos de hidrogênio. O hidrogênio é o átomo mais abundante nessas proteínas e é altamente sensível ao seu entorno, tornando-se um excelente indicador de como a proteína interage com outras moléculas. O desafio era que os átomos de hidrogênio são tão numerosos e estão tão próximos uns dos outros que geralmente borram o sinal, tornando impossível vê-los com clareza em uma fibra sólida.

Para superar esse borrão, os pesquisadores recorreram a um método que faz a amostra girar a uma velocidade incrivelmente alta. Eles colocaram uma quantidade minúscula das fibras proteicas, pesando menos de meio miligrama, em um rotor feito de um único cristal de diamante. Este rotor de diamante tem apenas 0,7 milímetros de largura, aproximadamente a espessura de um fio de cabelo humano. Ao girar este minúsculo recipiente de diamante a 100.000 rotações por segundo, os pesquisadores conseguiram compensar as interações confusas entre os átomos de hidrogênio. Esse giro de alta velocidade, combinado com um campo magnético poderoso, permitiu que eles finalmente vissem os átomos de hidrogênio claramente pela primeira vez neste tipo específico de fibra. Usando essa configuração, eles registraram uma série de experimentos que traçaram as conexões entre os átomos de hidrogênio e os átomos de carbono e nitrogênio dentro da cadeia proteica.

O resultado é uma atribuição detalhada de deslocamentos químicos em nível de resíduo para quase todos os átomos de hidrogênio no núcleo rígido da fibra, que se estende do 15º ao 40º bloco de construção da proteína. Eles identificaram com sucesso 123 sinais distintos de hidrogênio, cobrindo cerca de 90 por cento da parte central estável da fibra. Eles também conseguiram observar dezesseis sinais da cauda flexível no início da proteína, uma região que tinha sido difícil de observar anteriormente porque se move demais para ser capturada por métodos antigos. Além de encontrar essas posições de hidrogênio, os novos dados ajudaram a localizar vários sinais de carbono e nitrogênio que estavam ausentes em seus mapas anteriores, particularmente nas cadeias laterais aromáticas e no segmento N-terminal móvel. A equipe também identificou contatos específicos entre átomos em partes vizinhas da proteína, confirmando que o novo mapa se alinha perfeitamente com a estrutura que determinaram anteriormente.

Este trabalho faz mais do que apenas preencher detalhes ausentes; ele estabelece um ponto de referência preciso para a comunidade científica. Como as fibras são uniformes e as medições são tão detalhadas, outros pesquisadores podem agora usar este mapa como um padrão para comparar suas próprias amostras. Se um laboratório diferente cultivar fibras sob condições ligeiramente diferentes, eles podem verificar seus resultados contra esta referência para ver se a estrutura mudou. Além disso, este mapa de alta resolução dos átomos de hidrogênio fornece uma ferramenta sensível para estudar como outras moléculas, como anticorpos ou potenciais medicamentos, podem se ligar à fibra. Como os átomos de hidrogênio são tão responsivos ao seu ambiente, qualquer mudança causada por uma molécula de ligação será imediatamente visível nos dados. Ao fornecer esta visão clara, resíduo por resíduo, da fibra amiloide, os pesquisadores deram ao campo uma base sólida para entender como essas estruturas se formam e como elas podem ser alvo de tratamento para a doença de Alzheimer.