Publicação
Structural studies of liquid-phase protein systems related to neurodegenerative diseases
| Resumo: | As doenças neurodegenerativas são condições devastadoras que impõem um peso significativo na sociedade e nos sistemas de saúde. Entre elas estão as doenças de neurónios motores, como a esclerose lateral amiotrófica (ELA) e a atrofia muscular espinhal (AME). No entanto, em 2023, não existem terapias eficazes para tratar estas doenças debilitantes. Na última década, evidências têm revelado uma conexão entre a separação de fase líquido-líquido (SFLL) de proteínas e a etiologia da neurodegeneração. O desenvolvimento de abordagens terapêuticas requer a compreensão dos detalhes moleculares que regulam a SFLL de proteínas na saúde e em doenças. Nesta tese, utilizando uma combinação de metodologias de ressonância magnética nuclear (RMN), técnicas microscópicas e ensaios de turbidez, visámos desvendar a base estrutural e a relevância fisiológica da SFLL de proteínas, e investigar os mecanismos patológicos que podem contribuir para a progressão da ELA e AME. Especificamente, estudámos a proteína relacionada com ELA, fused in sarcoma (FUS), e a interação entre a proteína small nucleolar arginine-rich (Gar1) e a proteína survival motor neuron (SMN) na AME. Os nossos resultados demonstram que a separação de fase da FUS em resposta ao choque térmico a frio pode envolver um mecanismo estrutural baseado na desnaturação a frio da proteína. A baixas temperaturas, observámos que a FUS sofre uma desnaturação reversível que resulta na exposição de resíduos hidrofóbicos. É importante destacar que a desnaturação a frio da FUS depende da estabilidade do seu domínio globular zinc-finger, mediada por iões Zn2+. Estas descobertas esclarecem como o stress persistente em resposta ao frio e a desregulação dos níveis de Zn2+ podem levar à agregação patológica de FUS encontrada na ELA. Adicionalmente, a nossa investigação revela que a Gar1 sofre separação de fase na presença de RNA, um processo modulado pela sua interação com a proteína SMN. Estruturalmente, fornecemos evidências de que o domínio Tudor da SMN interage com a Gar1 através dos seus loops conservados, e que esta interação é perturbada pela mutação E134K observada na AME. Esta perturbação afeta a modulação da SMN Tudor nas propriedades materiais e na morfologia dos condensados de Gar1. Estas descobertas destacam um potencial mecanismo que relaciona SFLL e AME, baseado na perturbação da interação entre a SMN e a Gar1. Os nossos resultados fornecem informações valiosas sobre mecanismos estruturais que podem subjazer à SFLL em ELA e AME. |
|---|---|
| Autores principais: | Félix, Sara Sofia Gonçalves Sousa |
| Assunto: | Neurodegenerative diseases biomolecular condensates LLPS NMR |
| Ano: | 2023 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade Nova de Lisboa |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Repositório Institucional da UNL |
| Resumo: | As doenças neurodegenerativas são condições devastadoras que impõem um peso significativo na sociedade e nos sistemas de saúde. Entre elas estão as doenças de neurónios motores, como a esclerose lateral amiotrófica (ELA) e a atrofia muscular espinhal (AME). No entanto, em 2023, não existem terapias eficazes para tratar estas doenças debilitantes. Na última década, evidências têm revelado uma conexão entre a separação de fase líquido-líquido (SFLL) de proteínas e a etiologia da neurodegeneração. O desenvolvimento de abordagens terapêuticas requer a compreensão dos detalhes moleculares que regulam a SFLL de proteínas na saúde e em doenças. Nesta tese, utilizando uma combinação de metodologias de ressonância magnética nuclear (RMN), técnicas microscópicas e ensaios de turbidez, visámos desvendar a base estrutural e a relevância fisiológica da SFLL de proteínas, e investigar os mecanismos patológicos que podem contribuir para a progressão da ELA e AME. Especificamente, estudámos a proteína relacionada com ELA, fused in sarcoma (FUS), e a interação entre a proteína small nucleolar arginine-rich (Gar1) e a proteína survival motor neuron (SMN) na AME. Os nossos resultados demonstram que a separação de fase da FUS em resposta ao choque térmico a frio pode envolver um mecanismo estrutural baseado na desnaturação a frio da proteína. A baixas temperaturas, observámos que a FUS sofre uma desnaturação reversível que resulta na exposição de resíduos hidrofóbicos. É importante destacar que a desnaturação a frio da FUS depende da estabilidade do seu domínio globular zinc-finger, mediada por iões Zn2+. Estas descobertas esclarecem como o stress persistente em resposta ao frio e a desregulação dos níveis de Zn2+ podem levar à agregação patológica de FUS encontrada na ELA. Adicionalmente, a nossa investigação revela que a Gar1 sofre separação de fase na presença de RNA, um processo modulado pela sua interação com a proteína SMN. Estruturalmente, fornecemos evidências de que o domínio Tudor da SMN interage com a Gar1 através dos seus loops conservados, e que esta interação é perturbada pela mutação E134K observada na AME. Esta perturbação afeta a modulação da SMN Tudor nas propriedades materiais e na morfologia dos condensados de Gar1. Estas descobertas destacam um potencial mecanismo que relaciona SFLL e AME, baseado na perturbação da interação entre a SMN e a Gar1. Os nossos resultados fornecem informações valiosas sobre mecanismos estruturais que podem subjazer à SFLL em ELA e AME. |
|---|