Seda de Aranha e Doença de Alzheimer

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Entendendo como as aranhas fazem sua seda pode nos
ajudar a tratar a doença de Alzheimer
 (Jan
Huber/Unsplash)Tradução
Devíamos invejar as aranhas. Imagine ser capaz de fazer a seda como eles fazem, jogando-a para ir de
um lugar para lugar, sempre tendo uma linha de segurança forte como aço, ou girando uma rede
confortável sempre que eles precisam de um descanso.
As propriedades fascinantes da seda de aranha não fazem nada de admirar que os cientistas têm
tentado desvendar seus segredos por décadas.
Se pudéssemos entender e recriar o processo de fiação, poderíamos produzir seda de aranha artificial
para uma variedade de aplicações médicas. Por exemplo, a seda artificial pode ajudar a regenerar os
nervos que conectam nosso cérebro e membros e pode transportar moléculas de drogas diretamente
para as células onde elas são necessárias.
A seda de aranha é feita de proteínas chamadas espioninas, que a aranha armazena em uma glândula
de seda em seu abdômen. Existem vários tipos de espiona para fiar diferentes tipos de seda. As aranhas
as armazenam como um líquido que se assemelha a gotículas de óleo.
Mas uma das questões que iludiu os cientistas até agora é como as aranhas transformam essas
gotículas líquidas em seda.
Decidimos investigar por que as espias formam gotículas, para nos aproximar da replicação do processo
de rotação de uma aranha.
Tecelagem de uma web
O truque que as aranhas usam para acelerar seu processo de fiação pode ser usado para girar melhor
seda artificial ou até mesmo desenvolver novos processos de fiação.
https://unsplash.com/photos/4QpLe1vpNTo
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.8b00678
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813021021292
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120692
https://doi.org/10.1021/acs.biomac.0c01138
https://doi.org/10.1021/acs.biomac.0c01138
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/spidroins
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7673682/
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Em 2017, aprendemos a fazer fibras sintéticas de seda, imitando a glândula de seda, mas não sabíamos
como as coisas funcionam dentro da aranha. Agora sabemos que a formação de gotículas primeiro
acelera a conversão para essas fibras.
Uma pista importante sobre como as gotículas e fibras estão relacionadas veio de uma área inesperada
de nossa pesquisa – sobre a doença de Alzheimer e Parkinson. As proteínas que estão envolvidas
nessas doenças, chamadas alfa-sinunucleína e tau, podem se reunir em pequenas gotículas
semelhantes a óleo em células humanas.
Tau é uma proteína que ajuda a estabilizar o esqueleto interno de células nervosas (neurônios) no
cérebro. Este esqueleto interno tem uma forma de tubo através do qual os nutrientes e outras
substâncias essenciais viajam para alcançar diferentes partes do neurônio.
Na doença de Alzheimer, uma forma anormal de tau se acumula e se agarra às proteínas tau normais,
criando "tangles tau".
https://youtu.be/zNtSAQHNONo
A alfa-sinucleína é encontrada em grandes quantidades nas células nervosas produtoras de dopamina.
Formas anormais desta proteína estão ligadas à doença de Parkinson.
As gotículas de óleo de qualquer uma dessas proteínas se formam em humanos quando elas se
envolvem, como espaguete cozido em uma placa. No início, as proteínas são flexíveis e elásticas, muito
parecidas com gotículas de óleo de espiona.
Mas se as proteínas permanecem emaranhadas, elas ficam presas juntas, o que altera sua forma,
transformando-as em fibras rígidas. Estes podem ser tóxicos para as células humanas – por exemplo,
em condições neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer.
No entanto, as espias também podem formar gotículas. Isso nos deixou imaginando se o mesmo
mecanismo que causa a neurodegeneração em humanos poderia ajudar a aranha a converter espionas
líquidas em fibras de seda rígidas.
https://www.nature.com/articles/ncomms15504
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37084706/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23013511/
https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/alpha-synuclein#:%7E:text=%CE%B1%2DSynuclein%20is%20a%20highly,linked%20to%20familial%20Parkinson%20disease.
https://www.alz.org/media/Documents/alzheimers-dementia-tau-ts.pdf
https://www.sciencealert.com/go/IaO
https://youtu.be/zNtSAQHNONo
https://www.webmd.com/mental-health/what-is-dopamine
https://www.sciencealert.com/go/IYl
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33148640/
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Para descobrir, usamos uma espionagem sintética chamada NT2RepCT, que pode ser produzida por
bactérias. Sob o microscópio, pudemos ver que esta espiona sintética formou gotículas líquidas quando
foi dissolvida em tampão de fosfato, um tipo de sal encontrado na glândula de seda da aranha. Isso nos
permitiu replicar as condições de fiação de seda de aranha no laboratório.
Ciência da seda
Em seguida, estudamos como as proteínas da espirovaína atuam quando formam gotículas. Para
responder a essa pergunta, recorremos a uma técnica de análise chamada espectrometria de massa,
para medir como o peso das proteínas mudava quando elas formavam gotículas.
Para nossa surpresa, vimos que as proteínas da espiona, que normalmente formam pares, se dividem
em moléculas únicas.
Precisávamos fazer mais trabalho para descobrir como essas gotículas de proteína ajudam as aranhas a
girar seda. Pesquisas anteriores mostraram que as espiadoras têm diferentes partes, chamadas
domínios, com funções separadas.
A parte final da espírida, chamada domínio c-terminal, faz com que ele forme pares. O c-terminal
também inicia a formação de fibras quando entra em contato com o ácido.
Então, fizemos uma espiona que continha apenas o domínio c-terminal e testou sua capacidade de
formar fibras.
Quando usamos tampão de fosfato para enredar as proteínas em gotículas, elas se transformaram em
fibras rígidas instantaneamente. Quando adicionamos ácido sem primeiro fazer gotículas, a formação de
fibras levou muito mais tempo.
Isso faz sentido, já que as moléculas de espiona devem se encontrar ao formar uma fibra. Enredar as
espionas como espaguete ajuda-os a se reunir rapidamente em seda.
Esta descoberta nos diz como a aranha pode instantaneamente converter suas espionas em um fio
sólido. Ele também descobriu como a natureza usa o mesmo mecanismo que pode tornar as proteínas
cerebrais tóxicas para criar algumas de suas estruturas mais incríveis.
O surpreendente paralelo entre a fiação de seda de aranha e as fibras tóxicas para os seres humanos
poderia um dia levar a novas pistas sobre como combater distúrbios neurodegenerativos.
Os cientistas podem usar a pesquisa de seda de aranha, incluindo o que aprendemos sobre os domínios
da seda de aranha, para impedir que as proteínas humanas se unam – para impedi-las de se tornarem
tóxicas. Se as aranhas podem aprender a manter suas proteínas pegajosas sob controle, talvez nós
também possamos.
Michael Landreh, Pesquisador, Departamento de Microbiologia, Tumor e Biologia Celular, Karolinska
Institutet e Anna Rising, Pesquisador em bioquímica de medicina veterinária, Karolinska Institutet
Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo
original.
https://www.nature.com/articles/nchembio.2269
https://www.britannica.com/science/mass-spectrometry
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1001921
https://theconversation.com/profiles/michael-landreh-1328287
https://theconversation.com/institutions/karolinska-institutet-1250
https://theconversation.com/profiles/anna-rising-1440132
https://theconversation.com/institutions/karolinska-institutet-1250
https://theconversation.com/
https://theconversation.com/why-understanding-how-spiders-spin-silk-may-hold-clues-for-treating-alzheimers-disease-205857
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