A alfa-sinucleína (α-sinucleína) é unha proteína que nos humanos está codificada polo xene SNCA do cromosoma 4. Abunda no cerebro, e aparece en pequenas cantidades no corazón, músculo e outros tecidos. No cerebro, a alfa-sinucleína encóntrase principalmente nos extremos das neuronas en estruturas especializadas chamadas terminais presinápticos. Dentro destas estruturas, a alfa-sinucleína interacciona cos fosfolípidos e proteínas. Os terminais presinápticos liberan mensaxeiros químicos chamados neurotransmisores, almacenados en vesículas sinápticas. A liberación de neurotransmisores envía sinais entre as neuronas e é fundamental para o funcionamento normal do cerebro.
Aínda que a función da alfa-sinucleína aínda non se comprende ben, os estudos realizados suxiren que exerce un papel na restrición da mobilidade de vesículas sinápticas, atenuando en consecuencia a reciclaxe de vesículas sinápticas e a liberación de neurotransmisores. Unha idea alternativa é que a alfa-sinuceína se une á VAMP2 (unha sinaptobrevina) e estabiliza os complexos SNARE; aínda que recentes estudos indican que a unión alfa-sinucleína–VAMP2 é esencial para a atenuación mediada pola alfa-sinucleína da reciclaxe de vesículas sinápticas, o que conecta estás dúas visións do seu funcionamento, aparentemente diverxentes. Pode tamén axudar a regular a liberación de dopamina, un tipo de neurotransmisor que é esencial para controlar o comezo e a detención dos movementos voluntarios e involuntarios.
A proteína alfa-sinucleína humana está formada por 140 aminoácidos. Un fragmento de alfa-sinucleína, coñecido como compoñente non Abeta (NAC) do amiloide da enfermidade de Alzheimer, atopado orixinalmente nunha fracción enriquecida de amiloide, resultou seu un fragmento da súa proteína precursora, NACP. Posteriormente, determinouse que a NACP era o homólogo humano da sinucleína da raia Torpedo. Por tanto, a NACP denomínase agora alfa-sinucleína humana.
Expresión nos tecidos
A alfa-sinucleína é unha proteína sinucleína de función descoñecida que se encontra principalmente no tecido nervioso, constituíndo o 1% de todas as proteínas do citosol das células cerebrais. Exprésase predominantemente no neocórtex, hipocampo, substancia negra, tálamo e cerebelo. É predominantemente unha proteína neuronal, mais pode tamén encontrarse en células da neuroglía.Dominik Brück, Gregor K. Wenning, [...], and Lisa Fellner. Glia and alpha-synuclein in neurodegeneration: a complex interaction. Neurobiology of disease. [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4730552/ ] En células melanocíticas, a expresión da proteína SNCA pode ser regulada polo MITF.
Está establecido que a alfa-sinucleína está extensamente localizada no núcleo de neuronas do cerebro de mamíferos, o que suxire un papel da alfa-sinucleína no núcleo. Porén, a sinucleína atópase predominantemente nas terminais presinápticas, tanto en forma libre coma unida a membranas, e aproximadamente o 15% da sinucleína está unida a membranas nas neuronas.
Tamén se demostrou que a alfa-sinucleína está localizada nas mitocondrias neuronais. A alfa-sinucleína exprésase abundantemente nas mitocondrias do bulbo olfactorio, o hipocampo, corpo estriado e tálamo, onde tamén abunda a alfa-sinucleína citosólica. Porén, o córtex cerebral e o cerebelo son dúas excepcións, que conteñen moita alfa-sinucleína citosólica pero niveis moi baixos da alfa-sinucleína mitocondrial. Demostrouse que a alfa-sinucleína está localizada na membrana interna das mitocondrias, e que os efectos inhibitorios da alfa-sinucleína na actividade do complexo I da cadea respiratoria mitocondrial é dependente de dose. Así, suxeriuse que a alfa sinucleína nas mitocondrias exprésase diferencialmente en diferenetes rexións do cerebro e os niveis de fondo da alfa-sinucleína mitocondrial pode ser un factor potencial que afecta á función mitocondrial e predispón algunhas neuronas á dexeneración.
Prodúcense polo menos tres isoformas de sinucleína por empalme alternativo. A forma maioritaria da proteína e a máis investigada é a proteína de lonxitude completa de 140 aminoácidos. Outras isoformas son a alfa-sinucleína-126, que carece dos residuos 41-54 debido á perda do exón 3; e a alfa-sinucleína-112, á que lle faltan os residuos 103-130 debido á perda do exón 5.
Estrutura
A alfa-sinucleína en solución é considerada unha proteína intrinsecamente desordenada, é dicir, non ten unha soa estrutura tridimensional estable. Porén, en 2014, un crecente número de informes suxiren, a presenza de estruturas parciais ou estados oligoméricos bastante estruturados na estrutura en solución da alfa-sinucleína mesmo en ausencia de lípidos. Esta tendencia é tamén apoiada por un gran número de medidas de moléculas individuais (pinzas ópticas) feitas en copias únicas da alfa-sinucleína monomérica así como dímeros ou tetrámeros reforzados covalentemente da alfa-sinucleína.
A alfa-sinucleína está especificamente regulada á alza nunha poboación discreta de terminais presinápticos do cerebro durante un período de rearranxos sinápticos relacionados coa adquisición. A alfa-sinucleína interacciona significativamente coa tubulina, e a alfa-sinucleína pode ter actividade como unha potencial proteína asociada aos microtúbulos, como a tau.
Recentes evidencias suxiren que a alfa-sinucleína funciona como unha chaperona molecular na formación de complexos SNARE. En particular, únese simultaneamente a fosfolípidos da membrana plasmática por medio do seu dominio N-terminal e á sinaptobrevina-2 polo seu dominio C-terminal, cunha importancia maior durante a actividade sináptica. Hai crecentes probas de que a alfa-sinucleína está implicada no funcionamento do aparato de Golgi neuronal e o tráfico de vesículas.
Aparentemente, a alfa-sinucleína é esencial para o desenvolvemento normal de funcións cognitivas. Os ratos knockout con inactivación da expresión da alfa-sinucleína mostran unha alteración da aprendizaxe espacial e da memoria de traballo.
Interacción coas membranas lipídicas
Realizáronse moitas experiencias sobre a interacción da alfa-sinucleína coa membrana plasmática e a súa implicación coa composición e recambio da membrana. No cribado do xenoma do lévedo Saccharomyces cerevisiae atopouse que varios xenes que teñen que ver co metabolismo de lípidos exercen un papel na toxicidade da alfa-sinucleína. Inversamente, a expresión dos niveis de alfa-sinucleína pode afectar a viscosidade e a cantidade relativa de ácidos graxos na bicapa lipídica.
A alfa sinucleína únese directamente a membranas lipídicas, asociándose con superficies cargadas negativamente de fosfolípidos. A alfa-sinucleína forma unha estrutura helicoidal estendida en pequenas vesículas unilamelares. Atopouse que ten unha preferencia por unirse a pequenas vesículas. A unión da alfa-sinucleína ás membranas lipídicas ten complexos efectos sobre estas, alterando a estrutura da bicapa ao que orixina a formación de pequenas vesículas. A alfa-sinucleína fai que se dobren as membranas de vesículas fosfolipídicas cargadas negativamente e transforma as vesículas en túbulos membranosos. Usando criomicrografía electrónica de transmisión demostrouse que estes son tubos micelares de ~5-6 nm de diámetro. A alfa-sinucleína forma tamén partículas lipídicas discoidais similares a apolipoproteínas. Os estudos de resonancia paramagnética electrónica mostraron que a estrutura da alfa-sinucleína depende da superficie á que se une. A proteína adopta unha conformación helicoidal rota sobre partículas lipoproteicas, mentres que forma unha estrutura helicoidal estendida sobre vesículas lipídicas e tubos membranosos. Tamén se suxeriu que hai unha posible actividade antioxidante da alfa-sinucleína na membrana. miniatura|Fotomicrografías de rexións de substancia negra nun paciente con corpos de Lewy e neuritas de Lewy a varios aumentos A interacción coa membrana da alfa-sinucleína modula ou afecta a súa taxa de agregación. A modulación da agregación mediada por membranas é moi similar á observada noutras proteínas amiloides como IAPP e abeta. Os estados agregados da alfa-sinucleína permean a membrana das vesículas lipídicas. Fórmanse pola interacción con ácidos graxos poliinsaturados tendentes á peroxidación pero non con ácidos graxos monoinsaturados e a unión a metais de transición que promoven a autoxidación de lípidos, como ferro ou cobre provocn a oligomerización da alfa-sinucleína. A alfa-sinucleína agregada ten unha actividade específica sobre lípidos peroxidados e induce a autoxidación de lípidos en membranas con abundantes ácidos graxos poliinsaturados de neuronas e astrocitos, diminuíndo a resistencia á apoptose. A autooxidación de lípidos é inhibida se as células son preincubadas con ácidos graxos poliinsaturados con isótopos de deuterio.
Función na reparación do ADN
A alfa-sinucleína modula os procesos de reparación do ADN, como a reparación de roturas de dobre febra do ADN. Os marcadores de resposta aos danos ao ADN colocalízanse coa alfa-sinucleína para formar focos discretos en células do cerebro humanas e de rato. A depleción da alfa-sinucleína en células humanas causa un incremento na introdución de roturas de dobre febra no ADN despois da exposción á bleomicina e unha redución da capacidade de reparar estas roturas de dobre febra. Ademais, os ratos knocout para a alfa-sinucleína mostran un maior nivel de roturas de dobre febra e este problema pode ser aliviado pola reintrodución transxénica da alfa-sinucleína humana. A alfa-sinucleína promove a vía de reparación das roturas de dobre febra denominada unión de extremos non homólogos. A función na reparación do ADN da alfa-sinucleína parece estar comprometida en neuronas que teñen inclusións de corpos de Lewy e isto pode desencadear a morte celular.
Secuencia
A estrutura primaria da alfa-sinucleína está xeralmente divida en tres dominios: Residuos 1-60: unha rexión anfipática N-terminal dominada por catro repeticións de 11 residuos incluíndo a secuencia consenso KTKEGV. Esta secuencia ten unha propensión estrutural a hélice alfa similar aos dominios de unión a apolipoproteínas. É un terminal altamente conservado que interacciona con membranas lipídicas ácidas, e todas as mutacións puntuais descubertas do xene SNCA están localizadas dentro deste terminal. Residuos 61-95: unha rexión hidrófoba central, que inclúe a rexión do compoñente non amiloide-β (NAC), implicada na agregación de proteínas. Este dominio é único da alfa-sinucleína dentro da familia da sinucleína. Residuos 96-140: unha rexión moi ácida e rica en prolina, que non ten unha propensión estrutural clara. Este dominio xoga un importante papel na función, solubilidade e interacción da alfa-sinucleína con outras proteínas.
Actividade autoproteolítica
O uso de espectrometría de masas de mobilidade de ións (IMS-MS) de alta resolución sobre alfa-sinnucleína purificada por HPLC in vitro mostrou que a alfa-sinucleína é autoproteolítca, xerando cando se incuba unha variedade de fragmentos de pequeno peso molecular. A proteína de 14,46 kDa xera numerosos pequenos fragmentos, incluíndo fragmentos de 12,16 kDa (aminoácidos 14-133) e 10,44 kDa (40-140) formados por truncamento C-terminal ou N-terminal e un fragmento de 7,27 kDa C-terminal (72-140). O fragmento de 7,27 kDa, que contén a maioría da rexión NAC (rexión do compoñente non amiloide), agregábase considerablemente máis rápido que a alfa-sinucleína de lonxitude completa. É posible que estes produtos autoproteolíticos xoguen un papel como intermediarios ou cofactores na agregación da alfa-sinucleína in vivo.
Importancia clínica
miniatura|Tingidura positiva para a alfa-sinucleína dun corpo de Lewy dun paciente con enfermidade de Parkinson.