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

Un laser provoque la désintégration des fibrilles amyloïdes

Une caractéristique notable de plusieurs maladies neurodégénératives, telles que les maladies d’Alzheimer et de Parkinson, est la formation de plaques nocives qui contiennent des agrégats – également appelés fibrilles – de protéines amyloïdes. Malheureusement, même après des décennies de recherche, l’élimination de ces plaques est restée un défi. Ainsi, les options de traitement disponibles pour les patients atteints de ces troubles sont limitées et peu efficaces.
Ces dernières années, au lieu d’utiliser des médicaments par voie chimique, certains scientifiques se sont tournés vers des approches alternatives, comme les ultrasons, pour détruire ces fibrilles d’amyloïdes et arrêter la progression de la maladie d’Alzheimer. Maintenant, une équipe de recherche dirigée par le Dr Takayasu Kawasaki et le Dr Phuong H. Nguyen a utilisé de nouvelles méthodes pour montrer comment l’irradiation par laser infrarouge peut détruire ces fibrilles amyloïdes.
Dans leur étude, les scientifiques présentent les résultats d’expériences laser et de simulations de dynamique moléculaire. Cette double attaque sur ce 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 une irradiation laser, ces expériences ont des résolutions spatiales et temporelles limitées, empêchant ainsi une compréhension complète des mécanismes moléculaires sous-jacents.
D’autre part, bien que ces informations puissent 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 les expériences réelles. Il est donc important de déterminer si le processus de dissociation des fibrilles induit par le laser obtenu par les expériences et les simulations est similaire ».

Les fibrilles amyloïdes se désassemblaient

Les scientifiques ont utilisé une partie d’une protéine de levure qui est connue pour former des fibrilles amyloïdes par elle-même. Dans leurs expériences laser, ils ont réglé la fréquence d’un rayon laser infrarouge sur celle de la « bande I de l’amide » de la fibrille, créant ainsi une résonance. Les images de microscopie électronique à balayage ont confirmé que les fibrilles amyloïdes se désassemblaient lors de l’irradiation laser à cette fréquence de résonance, et une combinaison de techniques de spectroscopie a révélé des détails sur la structure finale après la dissociation des fibrilles.
Pour les simulations, les chercheurs ont utilisé une technique que quelques membres de l’équipe actuelle avaient déjà mise au point, appelée « simulations de dynamique moléculaire à l’état de non-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. Grâce aux simulations, les scientifiques ont observé que ce processus commence au cœur de la fibrille où la résonance brise les liaisons hydrogène intermoléculaires et sépare ainsi les protéines dans l’agrégat. La rupture de cette structure se propage ensuite vers les extrémités de la fibrille.
Ensemble, l’expérience et la simulation constituent un bon argument en faveur d’un potentiel traitement des troubles neurodégénératifs. Le Dr Kawasaki remarque : « Étant donné l’incapacité des médicaments à ralentir ou à inverser la détérioration cognitive dans la maladie d’Alzheimer, il est très important de développer des approches non pharmaceutiques. La possibilité d’utiliser des lasers infrarouges pour dissocier les fibrilles amyloïdes offre une approche prometteuse ».

Une lueur d’espoir

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 de manière encore plus détaillée, et de nouveaux travaux sont déjà en cours. Tous ces efforts permettront, espérons-le, d’apporter une lueur d’espoir aux personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer ou d’autres maladies neurodégénératives.
Cette recherche a été publiée dans Journal of Physical Chemistry B.
Source : Tokyo University of Science
Crédit photo : Pixabay