Choroba Alzheimera: syntetyczne białko blokuje toksyczny beta-amyloid
Alzheimer to nieubłagana choroba, w której toksyczne skupiska białka beta-amyloidu gromadzą się w komórkach mózgowych. Teraz naukowcy opracowali syntetyczny peptyd, czyli małe białko, które może blokować beta-amyloid na jego wczesnych i najbardziej szkodliwych etapach.
Syntetyczny peptyd, który ma tylko 23 aminokwasy, składa się w struktury zwane arkuszami alfa. Arkusze wiążą się z małymi grudkami beta-amyloidu na wczesnym etapie i uniemożliwiają im tworzenie się większych mas.
Zespół z University of Washington (UW) w Seattle i innych ośrodków badawczych w Stanach Zjednoczonych zaprojektował i wyprodukował syntetyczny peptyd, a także przetestował go na komórkach i zwierzętach.
Testy wykazały, że arkusze alfa peptydu zmniejszają toksyczny wpływ beta-amyloidu w hodowanych ludzkich komórkach mózgowych. Arkusze blokowały również wczesne formy beta-amyloidu w zwierzęcych modelach choroby Alzheimera.
Plik Materiały z National Academy of Sciences ma wkrótce zamieścić artykuł o badaniu.
Naukowcy twierdzą, że odkrycia mogą doprowadzić do leczenia, które usunie toksyczny beta-amyloid w jego wczesnych formach. Widzą również potencjał wykorzystania peptydu jako podstawy testu do diagnozowania choroby Alzheimera, zanim pojawią się objawy.
Formy beta-amyloidu
Toksyczny beta-amyloid jest charakterystyczną cechą choroby Alzheimera. Ale nie wszystkie formy beta-amyloidu są toksyczne. Komórki mózgowe lub neurony wytwarzają białko w prostej formie zwanej monomerem. Monomerowe formy beta-amyloidu pełnią podstawowe funkcje w komórkach mózgowych.
Jednak u osób z chorobą Alzheimera monomery beta-amyloidu skupiają się w oligomery, które mogą zawierać do 12 monomerów.
Tworzenie się złogów białka jest typową cechą chorób, w których białko nie składa się prawidłowo do kształtu niezbędnego do wykonywania swojej pracy.
W chorobie Alzheimera oligomery nadal rosną w dłuższe kształty, a następnie ostatecznie tworzą znacznie większe osady lub płytki.
Początkowo naukowcy uważali, że płytki nazębne są najbardziej toksyczną formą beta-amyloidu, która wywołuje objawy choroby Alzheimera, takie jak utrata pamięci i zdolności myślenia.
Jednak ze względu na coraz większą liczbę dowodów coraz większa liczba ekspertów sugeruje, że wcześniejsze stadia oligomerowe beta-amyloidu są prawdopodobnie najbardziej toksyczne dla komórek mózgowych.
Syntetyczny peptyd celuje w oligomery
Naukowcy zaprojektowali syntetyczne arkusze alfa peptydów tak, aby celowały w beta-amyloid, gdy znajduje się on na etapie tworzenia oligomerów.
„To jest”, mówi autorka korespondencji Valerie Daggett, która jest profesorem bioinżynierii na UW, „chodzi o celowanie w specyficzną strukturę P-amyloidu utworzoną przez toksyczne oligomery”.
Jak dodaje, badanie pokazuje, że możliwe jest opracowanie syntetycznych arkuszy alfa peptydów, których struktury „uzupełniają” struktury beta-amyloidu, ponieważ przybiera on postać toksyczną, „pozostawiając nietknięte biologicznie aktywne monomery”.
Proces tworzenia białek w komórkach ostatecznie prowadzi do powstania cząsteczek o różnych kształtach 3D. Pierwszy etap polega na złożeniu długiego łańcucha w jeden z kilku podstawowych kształtów.
Zespół prof. Daggetta odkrył jeden taki podstawowy kształt - arkusz alfa - we wcześniejszych pracach, w których symulowali produkcję białek na komputerach.
Niedawne badanie ujawnia, że oligomery beta-amyloidu przyjmują kształt arkusza alfa, ponieważ tworzą dłuższe skupiska i blaszki.
Pokazuje również, że arkusz alfa syntetycznego peptydu wiąże się tylko z arkuszami alfa oligomeru beta-amyloidu, co neutralizuje ich toksyczność.
Duży spadek oligomerów beta-amyloidu
Zespół użył tradycyjnych i najnowocześniejszych spektroskopów, aby obserwować, jak beta-amyloid przechodził od monomerów do oligomerów do płytek w hodowanych ludzkich komórkach mózgowych.
Potwierdzili również, że oligomery są bardziej szkodliwe dla komórek mózgowych niż płytki. To odkrycie potwierdza badania, które wykazały obecność płytek beta-amyloidu w mózgach osób bez choroby Alzheimera.
Zespół wykazał, że traktowanie próbek tkanki mózgowej z mysiego modelu choroby Alzheimera arkuszami alfa syntetycznego peptydu doprowadziło do 82% redukcji oligomerów beta-amyloidu.
Ponadto traktowanie żywych myszy arkuszami alfa syntetycznego peptydu zmniejszyło ich poziomy oligomeru beta-amyloidu o 40 procent w ciągu 24 godzin.
Zespół przeprowadził również eksperymenty na innym popularnym modelu choroby Alzheimera - robaku Caenorhabditis elegans. Pokazały one, że leczenie arkuszami alfa syntetycznego peptydu było w stanie opóźnić paraliż spowodowany beta-amyloidem.
Leczone robaki wykazywały również mniej uszkodzeń jelit, które powstają, gdy żywią się bakteriami wytwarzającymi beta-amyloid.
Wreszcie naukowcy wykazali, że możliwe byłoby użycie arkuszy alfa syntetycznego peptydu do testowania poziomów oligomerów beta-amyloidu.
Prof. Daggett i jej zespół już eksperymentują z nowymi wersjami syntetycznych arkuszy alfa peptydów, aby znaleźć te, które mogą jeszcze skuteczniej neutralizować oligomery beta-amyloidu.
„[Beta-amyloid] zdecydowanie odgrywa wiodącą rolę w chorobie Alzheimera, ale chociaż historycznie zwracano uwagę na płytki, coraz więcej badań wskazuje, że beta-oligomery amyloidu są toksycznymi czynnikami, które zakłócają pracę neuronów”.
Prof. Valerie Daggett
