Une étude montre comment les fibrilles amyloïdes dans la maladie d'Alzheimer se dissocient avec l'irradiation laser infrarouge

Revue par Emily Henderson, B.Sc.4 août 2020

L'agglomération de protéines dans des structures appelées plaques amyloïdes est une caractéristique commune de nombreuses maladies neurodégénératives, dont la maladie d'Alzheimer. Maintenant, les scientifiques révèlent, à travers des expériences et des simulations, comment la résonance avec un laser infrarouge, lorsqu'il est réglé sur une fréquence spécifique, provoque la désintégration des fibrilles amyloïdes de l'intérieur vers l'extérieur. Leurs découvertes ouvrent des portes à de nouvelles possibilités thérapeutiques pour les maladies neurodégénératives liées à la plaque amyloïde qui étaient jusqu'à présent incurables.

Une caractéristique notable de plusieurs maladies neurodégénératives, telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, est la formation de plaques nocives contenant des agrégats – également appelés fibrilles – de protéines amyloïdes. Malheureusement, même après des décennies de recherche, se débarrasser de ces plaques est resté un défi herculéen. Ainsi, les options de traitement disponibles pour les patients atteints de ces troubles sont limitées et peu efficaces.

Ces dernières années, au lieu de suivre la voie chimique en utilisant des médicaments, certains scientifiques se sont tournés vers des approches alternatives, comme les ultrasons, pour détruire les fibrilles amyloïdes et arrêter la progression de la maladie d'Alzheimer. Maintenant, une équipe de recherche dirigée par le Dr Takayasu Kawasaki (Centre de recherche IR-FEL, Université des sciences de Tokyo, Japon) et le Dr Phuong H.Nguyen (Centre national de la recherche scientifique, France), y compris d'autres chercheurs du Centre de rayonnement du synchrotron d'Aichi et le Centre de recherche sur le rayonnement synchrotron de l'Université de Nagoya, au Japon, a utilisé de nouvelles méthodes pour montrer comment l'irradiation par laser infrarouge peut détruire les fibrilles amyloïdes.

Dans leur étude, publiée dans Journal de chimie physique B, les scientifiques présentent les résultats d'expériences laser et de simulations de dynamique moléculaire. Cette attaque en deux volets sur le problème était nécessaire en raison des limites inhérentes à chaque approche, comme l'explique le Dr Kawasaki, «Alors que les expériences laser couplées à diverses méthodes de microscopie peuvent fournir des informations sur la morphologie et l'évolution structurelle des fibrilles amyloïdes après irradiation laser, ces Les expériences ont des résolutions spatiales et temporelles limitées, empêchant ainsi une compréhension complète des mécanismes moléculaires sous-jacents. D'autre part, si ces informations peuvent être obtenues à partir de simulations moléculaires, l'intensité du laser et le temps d'irradiation utilisés dans les simulations sont très différents de ceux utilisés dans Il est donc important de déterminer si le processus de dissociation des fibrilles induite par laser obtenu par des expériences et des simulations est similaire. « 

Les scientifiques ont utilisé une partie d'une protéine de levure connue pour former elle-même des fibrilles amyloïdes. Dans leurs expériences au laser, ils ont réglé la fréquence d'un faisceau laser infrarouge sur celle de la «bande amide I» de la fibrille, créant une résonance. Des images de microscopie électronique à balayage ont confirmé que les fibrilles amyloïdes se sont désassemblées lors de l'irradiation laser à la fréquence de résonance, et une combinaison de techniques de spectroscopie a révélé des détails sur la structure finale après dissociation des fibrilles.

Pour les simulations, les chercheurs ont utilisé une technique que quelques membres de l'équipe actuelle avaient précédemment développée, appelée «simulations de dynamique moléculaire hors équilibre (NEMD)». Ses résultats ont corroboré ceux de l'expérience et ont en outre clarifié l'ensemble du processus de dissociation de l'amyloïde jusqu'à des détails très spécifiques. À travers les simulations, les scientifiques ont observé que le processus commence au cœur de la fibrille où la résonance rompt les liaisons hydrogène intermoléculaires et sépare ainsi les protéines de l'agrégat. La perturbation de cette structure se propage alors vers l'extérieur jusqu'aux extrémités de la fibrille.

Ensemble, l'expérience et la simulation constituent un bon argument en faveur d'une nouvelle possibilité de traitement des troubles neurodégénératifs.

Compte tenu de l'incapacité des médicaments existants à ralentir ou inverser la déficience cognitive dans la maladie d'Alzheimer, le développement d'approches non pharmaceutiques est très souhaitable. La possibilité d'utiliser des lasers infrarouges pour dissocier les fibrilles amyloïdes ouvre une approche prometteuse. « 

Dr Takayasu Kawasaki, Centre de recherche IR-FEL, Université des sciences de Tokyo, Japon

L'objectif à long terme de l'équipe est d'établir un cadre combinant des expériences laser avec des simulations NEMD pour étudier le processus de dissociation des fibrilles encore plus en détail, et de nouveaux travaux sont déjà en cours. Nous espérons que tous ces efforts allumeront une lueur d'espoir pour ceux qui sont aux prises avec la maladie d'Alzheimer ou d'autres maladies neurodégénératives.