Amiloide

Os amiloides son agregados de proteínas fibrosas insolubles, que teñen características estruturais específicas. Orixínanse a partir de polo menos 18 versións de proteínas e polipéptidos incorrectamente pregados presentes de forma natural no corpo.^[1] Estas estruturas incorrectamente pregadas teñen tan alterada a súa configuración normal que interaccionan erradamente unhas con outras ou con outros compoñentes celulares formando fibrilas insolubles. Foron asociados coa patoloxía de máis de 20 doenzas graves humanas, xa que a acumulación anormal de fibrilas amiloides en certos órganos pode orixinar amiloidose. Por exemplo, poden xogar un papel en varios trastornos neurodexenerativos, como é o caso das placas de beta-amiloide no alzhéimer.

«Placa amiloide» redirixe aquí. Ver tamén Beta-amiloide, Placa senil e Proteína precursora amiloide.

Micrografía dunha preparación de tecido do intestino delgado, que mostra depósitos amiloides (rosa) con tinguidura de hematoxilina-eosina.

Definición

O nome amiloide débese a que inicialmente estes agregados foron incorrectamente identificados como amidón (amylum en latín), baseándose en técnicas de tinguidura con iodo cru. Durante un período, a comunidade científica debateu se os depósitos amiloides eran ou non depósitos de lípidos ou de carbohidratos ata que finalmente se descubriu que eran depósitos de material proteináceo.^[2] Téñense utilizado dúas definicións de amiloide:

Micrografía na que se observan depósitos amiloides nunha preparación de intestino delgado tinguida con vermello Congo.

• A clásica definición histopatolóxica de amiloide é que se trata dun depósito proteináceo extracelular con estrutura de folla beta. É común para a maioría das estruturas de tipo beta cruzado (véxase máis abaixo) que sexan identificadas xeralmente con birrefrinxencia verde mazá ao tinguilas con vermello Congo e observadas con luz polarizada. Estes depósitos con frecuencia recrutan varios azucres e outros compoñentes como o compoñente do amiloide sérico P, orixinando estruturas complexas e ás veces non homoxéneas.^[3] Recentemente esta definición foi posta en cuestión, xa que algúns tipos clásicos de amiloide foron observados en localizacións claramente intracelulares.^[4]
• Unha definición biofísica máis recente e máis ampla, que será a que se utilice neste artigo a partir de agora, é a que define o amiloide como calquera polipéptido que se polimeriza para formar unha estrutura beta cruzada, in vivo, ou in vitro. Algúns destes depósitos, aínda que se pode demostrar que son láminas beta cruzadas, non mostran algunhas características histopatolóxicas clásicas como a birrefrinxencia con vermello Congo. Os microbiólogos e biofísicos adoptaron xa bastante xeneralizadamente esta definición,^[5][6] o que orixinou certos conflitos entre a comunidade biolóxica sobre problemas terminolóxicos.

Doenzas que presentan amiloides

Doenza	Proteína caracterísitca	Abreviatura oficial
Enfermidade de Alzheimer	Beta-amiloide[7][8][9]	Aβ
Diabetes mellitus tipo 2	IAPP (Amilina)[10][11]	AIAPP
Enfermidade de Parkinson	Alfa-sinucleína[8]	ningunha
Encefalopatía esponxiforme transmisible por exemplo encefalopatía esponxiforme bovina	PrPSc[12]	APrP
Enfermidade de Huntington	Huntingtina[13][14]	ningunha
Carcinoma de tiroide medular	Calcitonina[15]	ACal
Arritmias cardíacas, amiloidose auricular illada	Factor natriurético auricular	AANF
Aterosclerose	Apolipoproteína AI	AApoA1
Artrite reumatoide	Amiloide sérico A	AA
Amiloide medial aórtico	Medina	AMed
Prolactinomas	Prolactina	APro
Polineuropatía amiloide familiar	Transtiretina	ATTR
Amiloidose sistémica non neuropática hereditaria	Lisozima	ALys
Amiloidose relacionada coa diálise	Beta-2 microglobulina	Aβ2M
Amiloidose finlandesa	Xelsolina	AGel
Distrofia corneal reticular	Queratoepitelina	AKer
Anxiopatía amiloide cerebral	Beta amiloide[16]	Aβ
Anxiopatía amiloide cerebral (tipo islandés)	Cistatina	ACys
Amiloidose AL sistémica	Cadea lixeira da inmunoglobulina AL[15]	AL
Mieloma múltiple
Miosite de corpos de inclusión esporádica	S-IBM	ningunha

A Sociedade Internacional da Amiloidose (International Society of Amyloidosis) clasifica as fibrilas amiloides baseándose nas proteínas asociadas.^[17]

Amiloides funcionais e non asociados a doenzas

• Amiloides nativos encontrados en distintos organismos son:^[18]
  • Proteína curli de E. coli (curlina)
  • Chaplinas de Streptomyces coelicolor
  • Prión Het-s de Podospora Anserina
  • Proteína de recubrimento da malaria
  • Seda de araña (nalgunhas pero non en todas as arañas)
  • Melanosomas de mamífero (pMel)
  • Activador do plasminóxeno de tipo tisular (tPA), un factor hemodinámico
  • Proteína ApCPEB e os seus homólogos cun dominio rico en glutamina
• Proteínas e péptidos obtidos por enxeñaría para producir amiloides que teñan propiedades específicas, como ligandos que se unen a receptores da superficie celular^[19]
• Varios prións de lévedos están baseados nun amiloide infeccioso, por exemplo, [PSI+] (Sup35p); [URE3] (Ure2p); [PIN+] (Rnq1p); [SWI1+] (Swi1p) e [OCT8+] (Cyc8p)

Biofísica dos amiloides

Os amiloides caracterízanse por presentar unha estrurtura cuaternaria en folla beta cruzada. Os amiloides son identificados xeralmente utilizando colorantes fluorescentes, polarimetría de tinguidura, dicroísmo circular, ou FTIR (que son todos métodos indirectos), pero a proba estándar para saber se unha estrutura contén fibras beta cruzadas é facer unha observación de difracción de raios X. O termo "beta cruzada" está baseado na observación de dous conxuntos de liñas de difracción, unha lonxitudinal e outra transversal, que forman un característico patrón "cruzado".^[20] Hai dous sinais de difracción de dispersión característicos producidos a 4,7 e 10 Å (0,47 nm e 1,0 nm), correspondentes coas distancias entre fibras e de apiamento nas follas beta.^[21] Os "apiamentos" de follas beta son curtos e atravesan o largo da fibrila amiloide; a lonxitude da fibrila amiloide está constituída polas cadeas beta aliñadas.

Recentes estudos de difracción de raios X de microcristais revelaron detalles atómicos da rexión central do amiloide.^[22][23] Na estrutura cristalográfica curtos tramos de rexións con tendencia amiloide das proteínas amiloidoxénicas discorren perpendicularmente ao eixe do filamento, o que confirma o modelo "beta cruzada". Ademais, dúas capas de folla beta interdixítanse para crear unha interface compacta deshidratada denominada interface de cremalleira estérica. Hai oito clases de interfaces de cremalleira estérica, dependendo do tipo de folla beta (paralela e antiparalela) e da simetría entre dúas follas beta adxacentes.

A polimerización amiloide (agregación ou polimerización non covalente) é xeralmente sensible á secuencia, é dicir, causar mutacións na secuencia pode impedir a autoensamblaxe, especialmente se a mutación interrompe a folla beta, como cando se introduce prolina ou ácido alfa-aminoisobutírico non codificado.^[24] Por exemplo, os humanos producen amilina, un péptido amiloidoxénico asociado coa diabetes tipo II, pero nas ratas a amilina non é amiloidoxénica, a non ser que se lle introduzan mutacións.^[25]

Hai dúas grandes clases de secuencias polipeptídicas formadoras de amiloides. Os polipéptidos ricos en glutamina son importantes na amiloidoxénese de prións de lévedos e mamíferos, así como os trastornos de repetición de trinucleótido incluíndo a enfermidade de Huntington. Cando os péptidos están nunha conformación en folla beta, incluíndo os casos en que as cadeas beta están dispostas paralelamente e "en rexistro" (é dicir, causando o aliñamento dos residuos), as glutaminas poden unir a estrutura formando enlaces de hidróxeno entre as cadeas que se establecen entre os carbonilos da amida e os grupos dos nitróxenos. Isto observouse en estudos sobre a enfermidade de Huntington de comezo a idades temperás (canto máis longa era a secuencia de poliglutamina, antes aparecían os síntomas), e foi confirmado nun sistema modelo de C. elegans con péptidos de poliglutamina producidos por enxeñaría.^[26]

Outros polipéptidos e proteínas como a amilina e a proteína beta do Alzheimer non teñen unha secuencia consenso simple e crese que operan por asociación hidrofóbica.^[27] Entre os residuos hidrofóbicos, os aminoácidos aromáticos son os que teñen a máis alta propensión amiloidoxénica.^[28][29]

Para estes péptidos a polimerización cruzada (fibrilas dunha secuencia polipeptídica que causan a formación doutras fibrilas doutra secuencia) obsérvase in vitro e posiblemente in vivo. Este fenómeno é importante, xa que explicaría a propagación de prións entre especies.

Patoloxía amiloide

As razóns da asociación dos amiloides coas enfermidades non está clara. Nalgúns casos, os depósitos interrompen fisicamente a arquitectura dos tecidos, o que suxire que interrompen a súa función por algún proceso masivo. Unha explicación cada vez con maior consenso implica na causa da morte celular aos intermediatos prefibrilares, máis que ás fibras amiloides maduras.^{[30] [9]}

Certos estudos mostraron que a deposición amiloide está asociada coa disfunción mitocondrial e a xeración resultante de especies reactivas do osíxeno (ROS), que poden iniciar unha vía de sinalización celular que leva á apoptose.^[31]

Existen informes que indican que os polimeros amiloides (como os que forma a huntingtina) poden inducir a polimerización de proteínas amiloidoxénicas esenciais, que deberían ser deletéreas para as células. Ademais, estas proteínas esenciais poden tamén ser secuestradas dentro dos agregados^[32]

Tinguidura histolóxica

Clinicamente, as doenzas amiloides son identificadas xeralmente por un cambio na intensidade da fluorescencia de colorantes planares aromáticos como a tioflavina T ou o vermello congo. A positividade do vermello congo segue sendo o estándar para a diagnose da amiloidose. Isto atribúese xeralmente ao cambio no ambiente no que está o colorante, xa que eses colorantes se intercalan entre as cadeas beta. As placas amiloides congofílicas xeralmente producen unha birrefrinxencia verde mazá cando se ven a través de filtros polarimétricos cruzados. Para evitar tinguiduras non específicas, úsanse outras tinguiduras histolóxicas, como a da hematoxilina e eosina, que permiten amortecer a actividade do colorante noutras partes da célula como o núcleo, ás que o colorante se podería unir. A tecnoloxía de anticorpos moderna e a inmunohistoquímica fixeron máis fácil a tinguidura específica, pero con frecuencia isto pode causar problemas porque os epitopos poden estar agochados nos pregamentos do amiloide; unha estrutura proteica amiloide ten xeralmente unha conformación diferente da que o anticorpo recoñece.