Forskere får ny indsigt i dannelsen af ​​ikke-patologiske amyloider

Et team af forskere fra VIB-laboratoriet Han Remaut (VIB-VUB) og Yves Dufrênes laboratorium ved UCL Louvain-La-Neuve samarbejdede om en undersøgelse af funktionelle amyloider – proteinaggregater med den typiske amyloidstruktur, der ikke fører til sygdom men tjener snarere en dedikeret biologisk funktion. Anført af Mike Sleutel (VIB-VUB), holdet brugte en ny mikroskopimetode til at undersøge dannelsen af ​​funktionelle amyloider af bakterier i realtid, observere nøglevækst og regulatoriske karakteristika, der kan føre til nye biomaterialer samt indsigt i udviklingen og progressionen af ​​menneskelige sygdomme forårsaget af patologiske amyloide plaques. Deres forskning er publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Naturens kemiske biologi .

Hos mennesker, amyloider er forbundet med neurodegenerative sygdomme som Alzheimers, Parkinsons og Huntingtons sygdom, og prionsygdomme som bovin spongiform encephalopati (BSE) og Creutzfeldt-Jakobs sygdom. I disse patologiske amyloider, proteiner er fanget i en giftig form, der forårsager celledød, og fører til hjerne- og organskade og til sidst død.

Proteiner med formål

Amyloid plaques er sammensat af proteiner eller proteinfragmenter, der organiserer sig i spiralformede fibre, der kontinuerligt vokser ved at tiltrække nye molekyler. Tidligere forskning har indikeret, at den resulterende vævsskade i menneskelig sygdom hovedsageligt er forårsaget af små proteinaggregater dannet i de tidlige stadier af amyloiddannelse. Disse molekylære forgængere til amyloider er sammensat af de samme underenheder, men adskiller sig i struktur. Bakterie, imidlertid, har den bemærkelsesværdige evne til at lave 'funktionelle amyloider' gennem en bevidst vej, der ikke involverer dannelsen af ​​giftige mellemprodukter.

Prof. Dr. Han Remaut (VIB-VUB):"Målet med denne forskning var at lære mere om den proces, hvorved bakterier er i stand til at omgå udviklingen af ​​disse skadelige giftige mellemprodukter. For at gøre det, vi stolede på højhastigheds atomkraftmikroskopi, hvilket gjorde det muligt for os at observere væksten af ​​individuelle amyloidfibre 100 gange hurtigere end konventionelle atomkraftmikroskoper kan."

Nye veje skaber ikke-toksiske amyloider

Forskerne fandt ud af, at curli, en type funktionelle amyloider skabt af E. coli for at danne biofilm, følge en anden udviklingsproces end patologiske amyloider. De så curli-fibre gyde og vokse under atomkraftmikroskopet. Under den kernedannende proces af amyloidudvikling, curli underenheder samles i minimal størrelse fibre, der umiddelbart har de samme egenskaber som modne curli.

Dr. Mike Sleutel (VIB-VUB):"Curli-fibre er dannet på en sådan måde, at underenhederne let organiserer sig i et minimalt amyloidfragment uden at danne nogen af ​​de toksiske mellemtilstande, der er involveret i amyloidsygdomme. vi fandt ud af, at bakterier har evnen til at regulere væksten af ​​disse curli-fibre ved at producere proteiner, der kan blokere de steder, hvor indkommende underenheder ville binde."

Fascinerende fremtidige veje

Curli er et ideelt modelsystem til at bruge til at afdække forskellene mellem funktionelle og patologiske amyloider, og at forstå, hvordan bakterier er i stand til at håndtere potentielt giftige typer af amyloider uden at blive beskadiget. Endnu mere, funktionelle amyloider kan tjene som fremtidige byggesten i nye biomaterialer.

Ph.d.-studerende og medforfatter Imke Van Den Broeck (VIB-VUB):"En interessant forskningsvej, som vi forfølger, er produktionen af ​​genetisk modificerede amyloidfibre for at vise funktionelle interessegrupper, såsom antistoffer, enzymer, osv. Ved at bruge denne tilgang, vi forestiller os dannelsen af ​​selvsamlende nanotråde med programmerbare funktioner for at skabe en ny klasse af biomaterialer."