Figure 1. Schémas d'identification de l'indice du quotient de démence (DQ). Le monomère, Les formes oligomères et fibrillaires de la protéine Aβ sont distinguées en utilisant des mesures de conductance en champ proche THz. Indépendamment de la concentration en protéines, l'indice DQ passe de zéro à un :presque zéro est un état monomère, une valeur de 0,64 indique la présence d'oligomères, et l'un correspond à l'état fibrillaire le plus avancé. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Physiciens au Centre de Physique Intégrée des Nanostructures (CINAP), au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS, Corée du Sud), ont rapporté une nouvelle méthode pour identifier l'état d'agrégation des protéines bêta-amyloïdes (Aβ) en solution. Publié dans ACS Nano , cette découverte pourrait représenter un pas en avant dans le diagnostic précoce de la maladie d'Alzheimer.
L'accumulation progressive d'Aβ dans le cerveau conduit à une démence incurable. La progression de la maladie est fortement corrélée à la forme des protéines Aβ :les monomères de taille 4 nm évoluent en oligomère de plusieurs centaines de nanomètres et atteignent l'état fibrillaire formant des plaques pouvant atteindre quelques dizaines de micromètres.
Les chercheurs ont clairement discerné les différents étages Aβ en utilisant des mesures de conductance en champ proche THz. Cette technique mesure l'énergie absorbée par les molécules dans une bande d'énergie d'environ 1-10 meV (ou 0,2-2,4 THz), et il est considéré comme une technique efficace pour étudier la transformation de macromolécules biologiques sans générer de chaleur. Les scientifiques ont mesuré comment les protéines Aβ dans la solution sont perturbées par le rayonnement THz incident et ont remarqué que les résultats étaient corrélés avec la forme des protéines Aβ :monomère, oligomère et fibrille. Puis, ils ont dérivé la conductance optique, qui diminue avec l'évolution des états de fibrillation et augmente avec l'augmentation des concentrations molaires.
Figure 2. Installation expérimentale. (a) Des échantillons des protéines Aβ dans le monomère (M), la forme oligomère (O) et fibrille (F) sont analysées à l'intérieur de petits puits pris en sandwich par des plaques de saphir. Avec une petite quantité d'échantillon, il était possible de détecter les signaux THz sans bruit. (b) Préparation d'échantillons basée sur une solution pour le système de spectroscopie dans le domaine temporel en champ proche THz. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Étant donné que les stades évolutifs de la maladie peuvent être différenciés simplement avec cette technique, l'équipe a dérivé un quotient de démence (DQ) à partir de la conductance optique, en utilisant le modèle dit Drude-Smith. Une valeur DQ d'environ un indique que Aβ est dans un état fibrillaire, environ 0,64 un état oligomérique, et presque zéro est à un état monomère.
"Nous pensons que notre résultat nous donne un changement de paradigme significatif dans le domaine de la recherche sur la maladie d'Alzheimer, puisque le quotient de démence est clairement identifié à partir de la mesure de la conductance sans marqueur de différents états structurels de la protéine Aβ, " dit Chaejeong Heo, l'un des principaux auteurs de cette étude. Directeur du CINAP, Young Hee Lee ajoute :"Cet indice peut être utile pour la détection précoce de l'agrégation et de la fibrillation des protéines Aβ toxiques observées dans la maladie d'Alzheimer."
