Naukowcy wykorzystali zaawansowane techniki optyczne do zbadania powstawania agregatów białkowych związanych z chorobami neurodegeneracyjnymi. Analizując białko powiązane z ALS, uzyskali bezprecedensowy wgląd w przejście białka z cieczy w ciało stałe, rzucając światło na takie schorzenia, jak choroba Alzheimera i ALS. Powyżej znajduje się obraz w nanoskanie przedstawiający reakcję kondensacji białka. Źródło: Uniwersytet w Sydney
Oglądanie białek w nanoskali dostarcza wiedzy na temat leczenia chorób neurodegeneracyjnych.
Wiele chorób mózgu i układu nerwowego wiąże się z tworzeniem się agregatów białkowych, czyli stałych kondensatów, w komórkach z ich ciekłych kondensatów, jednak niewiele wiadomo na temat tego procesu.
To przejście z cieczy w ciało stałe może prowadzić do powstania tak zwanych włókienek amyloidowych. Mogą one tworzyć płytki w komórkach nerwowych, powodując choroby neurodegeneracyjne, takie jak: Choroba Alzheimera.
Inżynierowie biomedyczni z Uniwersytetu w Sydney, we współpracy z naukowcami z Uniwersytetów w Cambridge i Uniwersytetu Harvarda, opracowali zaawansowane techniki optyczne umożliwiające monitorowanie z bliskiej odległości procesu powstawania agregatów białkowych.
Testując białko powiązane z chorobą stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS), na którą cierpi astrofizyk profesor Stephen Hawking, inżynierowie z Sydney uważnie monitorowali przejście jego fazy ciekłej do fazy stałej.
Konfokalna mikroskopia skaningowa 3D kondensatu białka FUS inkubowanego przez 24 godziny, pokazująca charakterystyczną strukturę rdzeń-kora ujawnioną w tych badaniach. kredyt: f Uniwersytet w Sydney
„To ogromny krok naprzód w kierunku zrozumienia, jak choroby neurologiczne rozwijają się z fundamentalnej perspektywy” – stwierdziła dr Yi Xin, główna autorka badań opublikowanych w czasopiśmie Neurology. Postępowanie Narodowej Akademii Nauk (PNAS) w Stanach Zjednoczonych.
„Możemy teraz bezpośrednio obserwować przejście tych ważnych białek z cieczy w ciało stałe nanoskala „To milionowa część metra” – powiedział dr Daniel Figullo, starszy wykładowca w Szkole Inżynierii Biomedycznej i członek Instytutu Nano na Uniwersytecie w Sydney.
Białka regularnie tworzą kondensaty podczas rozdzielania fazy ciecz-ciecz w szerokim zakresie krytycznych i zdrowych funkcji biologicznych, takich jak tworzenie ludzkich embrionów. Proces ten wspomaga reakcje biochemiczne, w których stężenie białka ma kluczowe znaczenie, a także sprzyja zdrowym interakcjom białko-białko.
Zespół badawczy Vigolo i Shane’a. Źródło: Uniwersytet w Sydney
„Jednak proces ten zwiększa również ryzyko dysfunkcjonalnej agregacji, w wyniku której w ludzkich komórkach tworzą się niezdrowe agregaty sztywnych białek” – powiedział dr Shen, stypendysta ARC DECRA w Szkole Inżynierii Chemicznej i Biomolekularnej oraz członek Sydney Nano. .
„Może to prowadzić do nieprawidłowych struktur związanych z chorobami neurodegeneracyjnymi, ponieważ białka nie wykazują już szybkiej odwracalności z powrotem do postaci płynnej. Dlatego konieczne jest monitorowanie dynamiki kondensatorów, ponieważ bezpośrednio wpływają one na stany chorobowe” – stwierdziła.
Pierwsza na świecie optyczna obserwacja tego procesu w skali nano pozwoliła zespołowi ustalić, że przejście od białka płynnego do białka stałego rozpoczyna się na granicy faz adsorbatów białka. To okno przejścia ujawniło również, że wewnętrzne struktury tych agregatów białkowych są niejednorodne, ponieważ wcześniej uważano je za jednorodne.
Dr Vigolo powiedział: „Nasze odkrycia obiecują znacznie poprawić naszą wiedzę na temat chorób neurologicznych z fundamentalnej perspektywy.
„Oznacza to obiecujący nowy obszar badań pozwalający lepiej zrozumieć postęp choroby Alzheimera i stwardnienia zanikowego bocznego w mózgu, dotykający miliony ludzi na całym świecie”.
Odniesienie: „Przejście FUS z cieczy w ciało stałe jest wspomagane przez kondensat powierzchniowy” autorstwa Yi Shen, Anqi Chen, Wenyun Wang, Yinan Shen, Francesco Simone Ruggeri, Stefano Aime, Zizhao Wang, Seema Qamar, Jorge R. Espinosa, Adiran Garrizar, dostępne Tutaj: Peter St. George Heslop, Rosanna Colibardo Guevara, David A. Weitz, Danielle Figullo i Thomas PJ Knowles, 7 sierpnia 2023 r., dostępne tutaj. Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
doi: 10.1073/pnas.2301366120
Badanie zostało sfinansowane przez Fundację Francisa i Augustusa Newmanów, Wellcome Trust, Europejską Radę ds. Badań Naukowych, Amerykańskie Stowarzyszenie Alzheimera, ALS Canada-Brain Canada, Kanadyjskie Instytuty Badań nad Zdrowiem oraz Narodowy Instytut ds. Starzenia się.