La recherche de réponses à la maladie d'Alzheimer et à d'autres troubles neurodégénératifs reste l'un des objectifs les plus urgents de la recherche sur le cerveau. Maciej J. Stawikowski, Ph.D., professeur adjoint de chimie et de biochimie au Charles E. Schmidt College of Science de la Florida Atlantic University, estime que la clé pourrait résider dans la compréhension de la manière dont le cholestérol et d'autres lipides se déplacent à travers les cellules et affectent leur communication.
« Il est bien connu que les lipides et la maladie d'Alzheimer sont liés », a déclaré Stawikowski, membre du FAU Stiles-Nicholson Brain Institute. « Un déséquilibre lipidique peut conduire à la formation de plaques amyloïdes – des amas de protéines surdimensionnés qui perturbent la fonction cellulaire, une caractéristique de la maladie d'Alzheimer.
Son équipe, comprenant Qi Zhang, Ph.D., professeur agrégé au département de chimie et de biochimie de la FAU et membre du FAU Stiles-Nicholson Brain Institute, s'est concentrée sur le développement d'outils avancés pour étudier la relation entre les lipides et la fonction cellulaire. .
Le cholestérol est un composant essentiel des membranes cellulaires, permettant la production d'hormones, la stabilité et la signalisation des membranes. Cependant, les perturbations du mouvement du cholestérol entre les compartiments cellulaires peuvent jouer un rôle dans la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies neurodégénératives. Pour étudier cela, Stawikowski et son équipe ont développé de nouvelles sondes fluorescentes de cholestérol (CND) conçues pour suivre le cholestérol dans les membranes cellulaires.
Une nouvelle étude, publiée dans Rapports scientifiques, démontre comment les sondes CND peuvent aider à visualiser le cholestérol dans les cellules vivantes. En combinant des simulations informatiques avec l'imagerie de cellules vivantes, les chercheurs ont découvert comment différentes conceptions de sondes influencent le comportement des sondes de cholestérol.
Ces sondes innovantes pourraient améliorer notre compréhension de la manière dont les déséquilibres du cholestérol contribuent à la maladie d'Alzheimer et à d'autres troubles neurodégénératifs. En comprenant le rôle du cholestérol dans la formation de la plaque amyloïde et la signalisation cellulaire, les chercheurs pourraient développer des médicaments pour moduler l'activité des lipides, conduisant potentiellement à de nouveaux traitements ou stratégies préventives.
Avec ces sondes, nous pouvons désormais visualiser le mouvement et la distribution du cholestérol dans les cellules vivantes avec des détails sans précédent. »
Maciej J. Stawikowski, Ph.D., professeur adjoint de chimie et de biochimie au Charles E. Schmidt College of Science de la Florida Atlantic University, auteur principal de l'étude
Les sondes CND sont conçues à l'aide d'un échafaudage 1,8-naphtalimide (ND), réputé pour ses propriétés de fluorescence uniques, notamment les grands déplacements de Stokes et sa sensibilité aux changements environnementaux. Cette conception nouvelle permet une personnalisation modulaire, permettant aux chercheurs d'adapter les sondes avec différents groupes de tête et lieurs pour répondre à des exigences expérimentales spécifiques. Les résultats montrent que la modification des groupes de tête ou des lieurs pourrait améliorer la sensibilité et la capacité de ciblage des sondes.
Ces sondes sont classées en trois types distincts. Les sondes neutres ont tendance à s'agréger facilement, mais leur absorption cellulaire est limitée. Les sondes chargées, en revanche, démontrent une solubilité améliorée et une meilleure interaction avec les membranes cellulaires. Les sondes contenant des groupes hydroxyle améliorent encore les liaisons hydrogène et les interactions lipidiques, ce qui les rend particulièrement efficaces pour étudier le comportement des membranes.
De plus, certaines variantes des sondes CND sont sensibles au pH, ce qui permet aux chercheurs de suivre le mouvement du cholestérol dans les organites d'acidité variable, tels que les lysosomes et les gouttelettes lipidiques. Comparés aux sondes de cholestérol traditionnelles, ces outils offrent des propriétés de fluorescence supérieures et un suivi plus précis de la dynamique du cholestérol, fournissant ainsi des informations plus approfondies sur les processus cellulaires.
« Le cholestérol est essentiel au fonctionnement du cerveau, mais sa dérégulation pourrait être un facteur clé dans la progression de la maladie », a déclaré Stawikowski. « Nos nouveaux outils ouvrent une fenêtre sur l'impact du cholestérol sur les processus cellulaires et peuvent aider à identifier des cibles thérapeutiques pour des maladies comme la maladie d'Alzheimer. »
Les sondes fluorescentes de cholestérol de l'équipe de recherche offrent des applications au-delà de la maladie d'Alzheimer, avec des utilisations potentielles en biologie membranaire, en dynamique des lipides et en administration de médicaments. En combinant des techniques expérimentales avec des simulations informatiques, l'équipe FAU a jeté les bases du développement de meilleures sondes fluorescentes de cholestérol pouvant être utilisées pour étudier un large éventail de troubles liés aux lipides.
Ces sondes sont des outils polyvalents qui peuvent être adaptés à divers besoins de recherche, marquant une avancée majeure dans la compréhension du rôle du cholestérol dans la santé et la maladie cellulaire.
Les co-auteurs de l'étude sont Zhang ; Vincente Rubio, Ph.D. ; Nicolas McInchak ; Genèse Fernández ; Dana Benavides ; Diane Herrera ; et Catherine Jiménez ; tous les diplômés de la FAU ; et Haylee Mesa, doctorante au FAU Stiles-Nicholson Brain Institute ; et Jonathan Meade, diplômé de la FAU et technicien de laboratoire.
