Forskellige amyloidstrukturer og dynamik afsløret ved højhastigheds atomkraftmikroskopi

I den menneskelige krop, proteiner forekommer nogle gange i fibrillære aggregater kaldet amyloider. Selvom visse amyloider vides at have en biologisk funktion, amyloiddannelse er ofte forbundet med patologier, herunder Alzheimers og Parkinsons sygdomme. At forstå, hvordan præcis amyloidfibriller dannes, er afgørende for at få indsigt i udviklingen af ​​sådanne sygdomme og for at komme videre med behandlingsmetoder.

Nu, Takahiro Watanabe-Nakayama fra Kanazawa University, Kenjiro Ono fra Showa University, og kolleger har undersøgt dannelsesprocessen af ​​bestemte amyloidfibriller ved hjælp af en teknik, der muliggør visualisering af vækst over tid. Forskerne så specifikt på effekten af ​​krydssåning ('blanding') af forskellige proteiner, der danner aggregater, og fandt variationer i forlængelseshastigheder og fibrillernes struktur.

Forskerne undersøgte alfa-synuclein, et protein, der er rigeligt i den menneskelige hjerne. De så på, hvad der skete, da de lod vildtype alfa-synuclein-molekyler - de naturlige, mest udbredte variant - danner aggregater, og også hvordan aggregering er anderledes, når man introducerer (kryds-seeding) mutante varianter forbundet med Parkinsons sygdom. Ud over, forskerne undersøgte indflydelsen af ​​pH-niveauet i det mikromiljø, hvori fibrilvækst finder sted.

Ved hjælp af højhastigheds atomkraftmikroskopi (HS-AFM), Watanabe-Nakayama, Ono og kolleger kunne optage fibrilaggregation ved nanometeropløsning og høj videohastighed for forskellige tilfælde. Først, forskerne så på væksten af ​​enkelte varianttyper (selvsåning). De fandt ud af, at mutanter producerede flere aggregater, eller at de aggregerede hurtigere ved neutral pH end vildtypevarianterne. En anden observation var, at forlængelsen var hurtigere ved lavere pH (5,8, surt) end ved højere pH (7,4, dvs. grundlæggende).

Til krydssåning, forskellige scenarier kan opstå. Fibrilvækst kan accelereres eller bremses, eller endda stoppet. Morfologien af ​​det oprindelige frø kan bevares, men det sker også, at strukturen af ​​den resulterende fibril er anderledes - typiske strukturelle former er 'lige' eller 'spiralformede'. Forskerne kontrollerede, at fibrillens struktur og dynamik som observeret med HS-AFM svarer til processerne i opløsning ved hjælp af fluorescenseksperimenter; lignende konklusioner blev opnået.

Resultaterne af Watanabe-Nakayama, Ono og kolleger er relevante for bedre at forstå amyloid-relaterede sygdomme. Citerer forskerne:"Krydsseedning kombineret med variationer i forlængelseshastigheder har den virkning at øge den strukturelle mangfoldighed af de resulterende samlinger. Denne mangfoldighed kan afspejles i særskilte neurotoksiske effekter for forskellige [protein] samlinger."