Είδαν πως προκαλείται η νόσος του Πάρκινσον! Researchers identify when Parkinson’s proteins become toxic to brain cells

Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το πώς οι πρωτεΐνες στον εγκέφαλο γίνονται τοξικές. Researchers have used a non-invasive method of observing how the process leading to Parkinson’s disease takes place at the nanoscale, and identified the point in the process at which proteins in the brain become toxic, eventually leading to the death of brain cells. Zoomed-in super-resolution (dSTORM) images of the fibrils inside the neuron formed of exogenous ‘’seed’’ fibrils (green) elongated by endogenous ?-synuclein (red). Credit: Dorothea Pinotsi

Επιστήμονες στη Βρετανία, με επικεφαλής μια Ελληνίδα, κατάφεραν να παρατηρήσουν για πρώτη φορά τη στιγμή ακριβώς που οι πρωτεΐνες γίνονται τοξικές για τα εγκεφαλικά κύτταρα, προκαλώντας έτσι τη νόσο Πάρκινσον.

Η πρωτεΐνη

Χάρη στη νέα μη επεμβατική μέθοδο, που επιτρέπει την παρατήρηση σε νανοκλίμακα, κατέστη δυνατό να μπει η νόσος Πάρκινσον στο...νανοσκόπιο. Όπως διαπιστώθηκε, η ίδια πρωτεΐνη, η άλφα-συνουκλεΐνη, ανάλογα με την τρισδιάστατη δομή που παίρνει κάθε φορά, μπορεί να λειτουργεί είτε προστατευτικά, είτε τοξικά.

Η ανακάλυψη μπορεί να φωτίσει καλύτερα πώς και γιατί οι άνθρωποι εκδηλώνουν τη νευροεκφυλιστική πάθηση, καθώς επίσης να ανοίξει νέους θεραπευτικούς δρόμους. Οι ερευνητές, με επικεφαλής την δρ. Δωροθέα Πινότση του Τμήματος Χημικής Μηχανικής και Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Κέμπριτζ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση «PNAS».

Το μικροσκόπιο

Χρησιμοποιώντας ένα οπτικό μικροσκόπιο υπερ-υψηλής ανάλυσης, οι ερευνητές κατάφεραν να μελετήσουν σε πραγματικό χρόνο σε πειραματόζωα (αρουραίους) τη συμπεριφορά των διαφορετικών μορφών της εν λόγω πρωτεϊνης και πώς αυτές επιδρούν σε ζωντανούς νευρώνες.

«Με αυτές τις τεχνικές, μπορούμε πραγματικά να δούμε λεπτομέρειες που δεν ήμασταν σε θέση να δούμε πριν, έτσι πιθανώς θα καταφέρουμε να αντιμετωπίσουμε την τοξική δράση σε πρώιμο στάδιο» δήλωσε η Πινότση.

Η νόσος Πάρκινσον προκαλείται, όταν πρωτεΐνες παίρνουν αφύσικα σχήματα και, προσκολλώμενες μεταξύ τους, σχηματίζουν τελικά ινίδια αμυλοειδούς, γνωστά και ως σωμάτια Lewy, το «σήμα κατατεθέν» της πάθησης.

Η πάθηση

“The damage appears to be done before visible fibrils are even formed.” -  Dr Dorothea Pinotsi

Μετά τη νόσο Αλτσχάιμερ, η νόσος Πάρκινσον είναι η δεύτερη πιο διαδεδομένη νευροεκφυλιστική πάθηση παγκοσμίως. Από αυτή πάσχουν πάνω από επτά εκατομμύρια άνθρωποι. Τα συμπτώματα περιλαμβάνουν τρέμουλο (συνήθως στα χέρια), ακαμψία, δυσκολία βάδισης και, σε κατοπινό στάδιο, άνοια.

«Τα ευρήματά μας αλλάζουν τον τρόπο που βλέπουμε τη νόσο, επειδή δείχνουν ότι η ζημιά στους νευρώνες μπορεί να συμβεί, όταν απλώς υπάρχει έξτρα αφύσικη πρωτεϊνη άλφα-συνουκλεϊνη στο κύτταρο. Είναι αυτή η πρόσθετη ποσότητα της εν λόγω πρωτεϊνης που φαίνεται να προκαλεί τις τοξικές επιδράσεις, που έχουν ως συνέπεια τον θάνατο των εγκεφαλικών κυττάρων», όπως είπε η Πινότση. Η αλλοίωση της δομής της άλφα-συνουκλεϊνης μπορεί να προκληθεί από γενετικά αίτια, από τη γήρανση ή πιθανώς ακόμη και από τραύμα στο κεφάλι.

Πηγή: Dorothea Pinotsi et. al. Nanoscopic insights into seeding mechanisms and toxicity of α-synuclein species in neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016 DOI:10.1073/pnas.1516546113

Το αρχαιότερο ανθρώπινο DNA ίσως αλλάξει το εξελικτικό μας δέντρο. 400,000-year-old fossils from Spain provide earliest genetic evidence of Neandertals

Ανήκει σε μια μυστηριώδη ομάδα ανθρώπων που ζούσε στην Ισπανία πριν από 430.000 χρόνια. Previous analyses of the hominins from Sima de los Huesos in 2013 showed that their maternally inherited mitochondrial DNA was distantly related to Denisovans, extinct relatives of Neanderthals in Asia. This was unexpected since their skeletal remains carry Neanderthals-derived features. Researchers have since worked on sequencing nuclear DNA from fossils from the cave, a challenging task as the extremely old DNA is degraded to very short fragments. The results now show that the Sima de los Huesos hominins were indeed early Neanderthals. he Sima de los Huesos hominins lived approximately 400,000 years ago during the Middle Pleistocene. Credit: Kennis & Kennis, Madrid Scientific Films

Σε έναν τεχνικό άθλο που θα ήταν αδύνατος μέχρι πριν από λίγα χρόνια, ερευνητές στη Γερμανία κατάφεραν να διαβάσουν το DNA μιας μυστηριώδους ομάδας ανθρώπων που ζούσε στην Ισπανία πριν από 430.000 χρόνια. Είναι το αρχαιότερο ανθρώπινο DNA που έχει αλληλουχηθεί μέχρι σήμερα, και δείχνει ότι οι πρόγονοί μας διαχωρίστηκαν από τους προγόνους των Νεάντερταλ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε.

Η ανακάλυψη

Excavation works at the cave site Sima de los Huesos. Credit: Javier Trueba, Madrid Scientific Films

Τα οστά των «ανθρωπίδων της Σίμα» βρέθηκαν σε μια σπηλιά της βόρειας Ισπανίας που ονομάζεται Σίμα ντε λος Ουέσος, ή «λάκκος των οστών». Πρόκειται για ένα φυσικό, κατακόρυφο φρεάτιο βάθους 13 μέτρων, μέσα στο οποίο βρέθηκαν τα οστά τουλάχιστον 28 ενηλίκων -παραμένει ασαφές αν έπεσαν στο κενό και σκοτώθηκαν ή αν τοποθετήθηκαν εκεί εσκεμμένα.

Skull 17 from the Sima de los Huesos site in Spain. Credit: ©Javier Trueba/Madrid Scientific Films.

Η νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature» από την ομάδα του Ματίας Μέγιερ στο Ινστιτούτο Εξελικτικής Ανθρωπολογίας «Μαξ Πλανκ» στη Λειψία της Γερμανίας, επιβεβαιώνει ότι τα οστά ανήκουν σε προγόνους των Νεάντερταλ. Οι Νεάντερταλ εμφανίστηκαν πριν από περίπου 250.000 χρόνια και κυριάρχησαν στην Ευρώπη μέχρι την άφιξη του σύγχρονου ανθρώπου.

Μέχρι σήμερα, πολλοί παλαιοανθρωπολόγοι πίστευαν ότι τόσο οι Νεάντερταλ όσο και οι σύγχρονοι άνθρωποι κατάγονται από τον Homo heidelbergensis, ή άνθρωπο της Χαϊδελβέργης, ο οποίος εκτιμάται ότι εμφανίστηκε πριν από 700.000 χρόνια.

Τα ευρήματα

Until now it has been unclear how the 400,000-year-old individuals found at the Sima de los Huesos (“pit of bones”) cave in Northern Spain were related to Neandertals and Denisovans who lived until about 40,000 years ago. A previous report based on analyses of mitochondrial DNA from one of the specimens suggested a distant relationship to Denisovans. Researchers of the Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology in Leipzig, Germany, and the Complutense University in Madrid, Spain, have worked on sequencing nuclear DNA from fossils from the cave. The results now show that the Sima de los Huesos hominins were indeed early Neandertals. Neandertals may have acquired different mitochondrial genomes later, perhaps as the result of gene flow from Africa. Copyright: Madrid Scientific Films

Η νέα μελέτη υποδεικνύει ότι αυτό δεν μπορεί να συνέβη -τα γενετικά ευρήματα και η ηλικία των οστών δείχνουν ότι ο διαχωρισμός της εξελικτικής γραμμής των Νεάντερταλ και των σύγχρονων ανθρώπων μπορεί να συνέβη αρκετά νωρίτερα, μέχρι και πριν από 765.000 χρόνια.

Και αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο τελευταίος κοινός πρόγονος των σύγχρονων ανθρώπων και των Νεάντερταλ μπορεί να ήταν ο Homo antecessor, ένα είδος γνωστό από οστά 900.000 ετών στην Ισπανία. Η νέα μελέτη, η οποία εξέτασε DNA από τον πυρήνα των κυττάρων, δείχνει να έρχεται σε αντίφαση με προηγούμενη μελέτη της ίδιας ερευνητικής ομάδας, η οποία εξέταζε το μιτοχονδριακό DNA των οστών της Σίμα. Το DNA των μιτοχονδρίων κληροδοτείται αποκλειστικά από τη μητέρα.

Η μελέτη εκείνη έδειχνε ότι οι άνθρωποι της Σίμα δεν είχαν τόσο μεγάλη συγγένεια με τους Νεάντερταλ όσο με τους ανθρώπους της Ντενίσοβα, έναν μυστηριώδη πληθυσμό που ζούσε στη Σιβηρία πριν από μερικές δεκάδες χιλιάδες χρόνια.Παραμένει άγνωστο γιατί το μιτοχονδριακό DNA θυμίζει τους ανθρώπους της Ντενίσοβα ενώ το πυρηνικό DNA παραπέμπει σε πρόγονο των Νεάντερταλ.

Το πιθανότερο είναι ότι οι μεταγενέστεροι Νεάντερταλ έφεραν διαφορετικό μιτοχονδριακό DNA από ό,τι οι πρόγονοί τους. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί στην πορεία της εξέλιξης απλά κατά τύχη. Οι ερευνητές όμως υποψιάζονται ότι το μιτοχονδριακό DNA των Νεάντερταλ άλλαξε όταν διασταυρώθηκαν με κάποιο άλλο, άγνωστο μέχρι σήμερα είδος. Το μυστήριο είναι απίθανο να λυθεί σύντομα, καθώς οι ερευνητές κατάφεραν να διαβάσουν μόλις το 0,1% του γονιδιώματος των ανθρώπων της Σίμα.

Πηγή: Matthias Meyer, Juan-Luis Arsuaga, Cesare de Filippo, Sarah Nagel, Ayinuer Aximu-Petri, Birgit Nickel, Ignacio Martínez, Ana Gracia, José María Bermúdez de Castro, Eudald Carbonell, Bence Viola, Janet Kelso, Kay Prüfer, Svante Pääbo. Nuclear DNA sequences from the Middle Pleistocene Sima de los Huesos hominins. Nature, 2016; DOI:10.1038/nature17405