Billeddannelsesteknik viser nye detaljer om peptidstrukturer

En ny billeddannelsesteknik udviklet af ingeniører ved Washington University i St. Louis kan give forskerne et meget nærmere kig på fibrilsamlinger – stakke af peptider, der inkluderer amyloid beta, især forbundet med Alzheimers sygdom.

Disse kryds-β fibril samlinger er også nyttige byggesten inden for designer biomaterialer til medicinske anvendelser, men deres lighed med deres amyloid beta fætre, hvis sammenfiltringer er et symptom på neurodegenerativ sygdom, er bekymrende. Forskere ønsker at lære, hvordan forskellige sekvenser af disse peptider er forbundet med deres varierende toksicitet og funktion for både naturligt forekommende peptider og deres syntetisk konstruerede fætre.

Nu kan videnskabsmænd få et tilstrækkeligt kig på fibrilsamlinger til at se, at der er bemærkelsesværdige forskelle i, hvordan syntetiske peptider stables sammenlignet med amyloid beta. Disse resultater stammer fra et frugtbart samarbejde mellem hovedforfatter Matthew Lew, en lektor i elektro- og systemteknik, og Jai Rudra, en lektor i biomedicinsk teknik, ved WashU's McKelvey School of Engineering.

"Vi konstruerer mikroskoper for at muliggøre bedre målinger på nanoskala, så videnskaben kan komme videre," sagde Lew.

I et papir udgivet for nylig i ACS Nano , Lew og kolleger skitserer, hvordan de brugte den røde kemiske sonde fra Nilen til at tænde kryds-β-fibriller op. Deres teknik, kaldet single-molecule orientation-localization microscopy (SMOLM), bruger lysglimt fra Nilen rød til at visualisere fiberstrukturerne dannet af syntetiske peptider og af amyloid beta.

Den nederste linje:Disse forsamlinger er meget mere komplicerede og heterogene end forventet. Det er gode nyheder, fordi det betyder, at der er mere end én måde at stable proteiner på. Med bedre målinger og billeder af fibrilsamlinger kan bioingeniører bedre forstå de regler, der dikterer, hvordan proteingrammatik påvirker toksicitet og biologisk funktion, hvilket fører til mere effektive og mindre toksiske terapier.

For det første skal videnskabsmænd se forskellen mellem dem, noget meget udfordrende på grund af den lille skala af disse forsamlinger.

"Den spiralformede snoning af disse fibre er umulig at skelne ved hjælp af et optisk mikroskop eller endda nogle superopløsningsmikroskoper, fordi disse ting bare er for små," sagde Lew.

Med højdimensionel billedteknologi udviklet i Lews laboratorium de seneste par år, er de i stand til at se forskellene.

Et typisk fluorescensmikroskop bruger fluorescerende molekyler som lyspærer til at fremhæve visse aspekter af et biologisk mål. I tilfælde af dette arbejde brugte de en af ​​disse sonder, Nile red, som en sensor for, hvad der var omkring den. Når Nile red tilfældigt udforsker sit miljø og kolliderer med fibrillerne, udsender den lysglimt, som de kan måle for at bestemme, hvor den fluorescerende sonde er og dens orientering. Ud fra disse data kan de sammensætte det fulde billede af konstruerede fibriller, der stables meget anderledes end naturlige, såsom amyloid beta.

Deres billede af disse fibrilsamlinger lavede omslaget til ACS Nano og blev sat sammen af ​​førsteforfatteren Weiyan Zhou, som farvekodede billedet ud fra, hvor de røde Nile pegede. Det resulterende billede er en blålig rød strømmende samling af peptider, der ligner en floddal.

Forskerne planlægger at fortsætte med at udvikle teknikker som SMOLM for at åbne nye muligheder for at studere biologiske strukturer og processer på nanoskala.

"Vi ser ting, du ikke kan se med eksisterende teknologi," sagde Lew.

Flere oplysninger: Weiyan Zhou et al., Resolving the Nanoscale Structure of β-Sheet Peptide Self-Assemblys Using Single-Molecule Orientation-Localization Microscopy, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11771

Journaloplysninger: ACS Nano

Leveret af Washington University i St. Louis