La ricerca scientifica ha fatto un passo da gigante con l’introduzione di CluMPS, uno strumento molecolare innovativo che semplifica notevolmente il rilevamento di minuscoli aggregati proteici coinvolti in malattie come l’Alzheimer. Questa tecnica consente una facile visualizzazione con microscopi da laboratorio standard, superando i limiti della microscopia ottica e facilitando la valutazione dell’efficacia dei farmaci e la scoperta di nuovi trattamenti. Lo sviluppo di CluMPS rappresenta un progresso significativo nella comprensione della funzione delle proteine e nel trattamento delle malattie. Le macchie bianche brillanti rappresentano piccoli aggregati di proteine rilevati da CluMPS.
Portare a fuoco i più piccoli aggregati proteici
Gli ingegneri della Penn hanno aperto la strada a un nuovo metodo per visualizzare i più piccoli aggregati proteici, aggirando i limiti fisici dei microscopi ottici e aprendo nuove strade per il rilevamento delle proteine coinvolte in malattie come l’Alzheimer e la sperimentazione di nuovi trattamenti.
In un articolo pubblicato su Cell Systems, Lukasz Bugaj, professore assistente di Bioingegneria, descrive la creazione di CluMPS, o Clusters Magnified by Phase Separation, uno strumento molecolare che si attiva formando evidenti gocce in presenza di aggregati proteici bersaglio piccoli anche solo di pochi nanometri. In sostanza, CluMPS funziona come un interruttore on/off che risponde alla presenza di aggregati della proteina che è programmato per rilevare.
Superare le sfide tecniche
Una delle sfide che CluMPS supera è che le onde luminose stesse sono più grandi dei più piccoli aggregati proteici, rendendo molto difficile vedere tali aggregati senza tecniche specializzate. “La lunghezza d’onda della luce blu è di circa 400 nanometri”, dice Bugaj. “Non è possibile risolvere effettivamente la posizione di qualcosa di più piccolo della metà di quella lunghezza d’onda con un microscopio convenzionale”, rendendo gli aggregati proteici larghi decine di nanometri praticamente invisibili.
Per sviluppare CluMPS, Bugaj e il suo laboratorio hanno collaborato con Elizabeth Rhoades, professore di Chimica presso Penn Arts & Sciences, il cui laboratorio ha aiutato a convalidare che CluMPS rilevasse effettivamente gli aggregati proteici bersaglio invece di generare falsi positivi. “È stata una collaborazione davvero gratificante per noi”, dice Rhoades, “perché ci ha permesso di applicare i metodi comunemente utilizzati dal nostro laboratorio per aiutare a convalidare questo potente nuovo strumento nelle cellule viventi. È stato emozionante vedere quanto bene potevamo differenziare tra aggregati e singole proteine”.
Thomas R. Mumford, uno studente di dottorato nel laboratorio di Bugaj e autore principale dell’articolo, ha svolto un ruolo chiave nel brainstorming e nell’esecuzione degli esperimenti necessari. “Era fondamentale caratterizzare come le caratteristiche sottostanti degli aggregati proteici interagissero con CluMPS per innescare la condensazione”, dice Mumford, per consentire ai futuri utenti della tecnologia di comprendere esattamente come funziona. “Il peso era su di noi per dimostrare che stavamo effettivamente rilevando piccoli aggregati”, aggiunge Bugaj. “Uno degli aspetti più gratificanti è stato lavorare con Tom e il laboratorio di Rhoades per pensare a nuovi tipi di esperimenti che avrebbero convinto il punto”.
Un avanzamento fondamentale per il trattamento delle malattie
Per il trattamento di malattie come l’Alzheimer, la SLA e persino il cancro, essere in grado di rilevare aggregati proteici così piccoli promette di essere un avanzamento fondamentale, consentendo ai ricercatori di determinare se i farmaci eliminano effettivamente gli aggregati proteici causanti la malattia in una cellula.
“È necessario un segnale molto chiaro”, dice Bugaj, per sapere se un trattamento ha funzionato o meno. “È molto ovvio quando si ha un aggregato gigantesco, ma se si hanno piccoli aggregati, è molto più difficile. Ora possiamo amplificare quel segnale e vedere quali farmaci effettivamente dissolvono gli aggregati”.
Nuove strade per la scoperta di farmaci
Oltre a fornire nuove strade per la scoperta di farmaci, CluMPS consentirà ai ricercatori di comprendere il funzionamento delle proteine in modi nuovi, portando a una rappresentazione più profonda e sofisticata delle stesse cellule. “C’è un intero paesaggio di aggregazione proteica che sta accadendo in piccola scala, che è importante, ma di cui ancora non sappiamo nulla”, dice Bugaj.
