Forskere undersøger proteiner, der forårsager hjernesygdomme på atomniveau

Forskere, der studerer et protein, der forårsager en arvelig degenerativ hjernesygdom hos mennesker, har opdaget, at mennesket, mus og hamster former af proteinet, som har næsten identiske aminosyresekvenser, udviser distinkte tredimensionelle strukturer på atomniveau.

Proteinet forårsager familiær human cerebral amyloid angiopati (CAA), og studiet, som optræder i Naturkommunikation , er den første til at undersøge former for proteinet i tre forskellige arter.

Christopher Jaroniec, professor i kemi og biokemi ved Ohio State University, sagde, at resultaterne fremhæver det faktum, at mindre ændringer i enkelte aminosyrer kan forårsage dybe forskelle i struktur og funktion blandt denne familie af proteiner.

"De store forskelle i disse proteiners strukturer og transmissionskarakteristika - forårsaget af hvad der svarer til tilsyneladende ubetydelige forskelle i positionerne af nogle få kulstof- og brintatomer - er ret bemærkelsesværdige, "Sagde Jaroniec.

Studiet danner ikke grundlag for en ny test eller behandling for CAA, men snarere bruger disse proteiner som modeller til at forstå de grundlæggende aspekter af overførsel på tværs af arter af en hel klasse af degenerative hjernesygdomme kendt som prionsygdomme, forklarede han. Det understreger også nytten af ​​solid-state nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi til billeddannelse af strukturerne af proteiner forbundet med prionsygdomme.

Forskere ved, at i kroppen, proteinmolekylerne forbundet med CAA danner plaques, der sætter sig fast i blodkarvæggene i hjernen, men der har ikke været detaljerede undersøgelser af disse plaques molekylære struktur før for nylig. I 2008, Ohio State forskere og deres partnere ved Case Western Reserve University udførte de indledende solid-state studier af den relevante prionproteinvariant, og indsnævrede listen over muligvis kritiske aminosyrer for dens funktion til omkring 30.

Nu, de har vist, at en enkelt aminosyre - kendt på sit antal langs proteinkæden, 139-er nøglen til, at denne prionproteinvariant vedtager en "menneskelignende" kontra en "hamsterlignende" struktur, mens en anden aminosyre, 112, styrer de strukturelle forskelle mellem den menneskelige og museversion af proteinet. De har også vist, at disse to aminosyrer ser ud til at være ansvarlige for fremkomsten af ​​strukturelt adskilte "prionstammer" inden for den samme proteinsekvens, i analogi med særskilte stammer af en virus.

De mest kendte prionsygdomme omfatter bovin spongiform encephalopati (ofte kaldet "kogalskab") og Creutzfeldt-Jakobs sygdom hos mennesker. Alle er uhelbredelige og dødelige, og nogle kan også overføres. De strukturer, der er vedtaget af hjernens prionproteiner i plaques, menes at være afgørende for deres evne til at blive overført mellem forskellige værter og forårsage sygdom.

"Vores gruppe arbejder i øjeblikket på at bestemme de højopløselige molekylære strukturer af de trunkerede prionproteinvarianter forbundet med familiær human CAA for at opnå en fuldstændig atomistisk forståelse af de faktorer, der ligger til grund for deres overførsel, og denne undersøgelse er et vigtigt trædesten i denne indsats, " sagde Jaroniec.

"Vi håber, at vores gruppe og andre forskere en dag vil være i stand til at bruge lignende metoder til at opklare det strukturelle grundlag for de overførbare prionsygdomme, " han tilføjede.