Ny matematisk model for amyloiddannelse

Amyloider er aggregater bestående af stakke af tusinder af proteiner bundet tæt sammen. Deres dannelse er involveret i flere udbredte lidelser, herunder Alzheimers sygdom og type II diabetes.

I denne uges Journal of Chemical Physics forskere rapporterer om en matematisk model til dannelse af amyloidfibriller. Modellen belyser, hvordan aggregeringsprocessen kan foregå på en katalytisk måde, noget, der ikke tidligere er blevet godt forstået.

Efterforskerne anvendte deres model til sammenlægning af et specifikt protein forbundet med Alzheimers, Ab40. Resultaterne viser initieringen af ​​aggregeringsprocessen for Ab40? Fibriller forekommer typisk ved grænseflader, f.eks. nær overfladen af ​​en flydende opløsning eller glasvæggen i et reagensglas. Dette har vigtige konsekvenser for fortolkningen af ​​laboratoriedata, der anvendes i undersøgelsen af ​​Alzheimers og andre sygdomme.

Modellen består af et sæt matematiske ligninger, kendt som rate -ligninger, der beskriver, hvordan proteinaggregatkoncentrationer ændrer sig over tid. Hvert reaktionstrin i modellen er vist at være analogt med de i reaktioner, der involverer enzymer. Enzymets rolle spilles af enten spidsen eller siden af ​​en voksende fiber eller, eventuelt, en overflade af reaktionsbeholderen.

Efterforskerne fandt, at den matematiske form for deres model var relateret til de berømte Michaelis-Menten-ligninger, første gang offentliggjort i 1913 for at beskrive hastigheden af ​​enzymreaktioner. Det har en langt enklere matematisk form end alle tidligere modeller, der blev brugt til amyloiddannelse og har den ekstra fordel, at ligningerne kan løses i hånden, uden behov for computersimuleringer.

"Vi forventer, at den metode, der er udviklet i dette papir, vil understøtte fremtidige bestræbelser på at modellere nye amyloiddannelsesfænomener, "sagde medforfatter Alexander Dear.

Et af nøglefunktionerne i den matematiske løsning, der findes for ligninger af Michaelis-Menten-typen, er et fænomen kendt som mætning. Når mætning opstår, de katalytiske steder optages fuldt ud ved høje proteinkoncentrationer. I tilfælde af Ab40 -undersøgelser, mætning viser også, at processen, der starter aggregering, involverer en overflade, såsom væggen i et reagensglas.

Selvom konklusionerne ikke direkte finder anvendelse på selve kroppen, medforfatter Tuomas Knowles sagde, "Dette arbejde vil være centralt for at lette studiet af amyloiddannelse i nærvær af andre arter, der findes i kropsvæsker."

Medforfatter Sara Linse sagde, "Dette arbejde tager analysen af ​​eksperimentelle data til et nyt niveau, der vil være afgørende for at udlede kraftige hæmmere af amyloiddannelse."