Разнообразие структур и динамики амилоидов, выявленное с помощью высокоскоростной атомно-силовой микроскопии
В организме человека белки иногда образуют фибриллярные агрегаты, называемые амилоидами. Хотя некоторые амилоиды выполняют биологические функции, их образование часто связано с патологиями, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона. Понимание механизмов формирования амилоидных фибрилл критически важно для изучения развития этих заболеваний и разработки методов лечения.
Тakahiro Watanabe-Nakayama из Университета Канадзавы, Kenjiro Ono из Университета Сёва и их коллеги исследовали процесс образования конкретных амилоидных фибрилл с помощью техники, позволяющей визуализировать их рост во времени. Учёные изучили влияние перекрёстного праймирования («смешивания») различных агрегирующих белков и обнаружили вариации в скорости роста и структурах фибрилл.
Исследователи изучали альфа-синуклеин — белок, в изобилии присутствующий в мозге человека. Они наблюдали за агрегацией молекул дикого типа (наиболее распространённого природного варианта), а также за тем, как процесс отличается при введении (перекрёстном прайминровании) мутантных вариантов, связанных с болезнью Паркинсона. Кроме того, учёные исследовали влияние уровня pH микроокружения, в котором происходит рост фибрилл.
С помощью высокоскоростной атомно-силовой микроскопии (HS-AFM) Watanabe-Nakayama, Ono и коллеги смогли записать процесс агрегации фибрилл с нанометровым разрешением и высокой частотой кадров для различных случаев.
Само-праймирование: Исследователи обнаружили, что мутантные варианты производили больше агрегатов или агрегировали быстрее при нейтральном pH, чем вариант дикого типа. Также наблюдалось, что рост фибрилл был быстрее при более низком pH (5.8, кислая среда), чем при более высоком pH (7.4, щелочная среда).
Перекрёстное праймирование: Могут возникать разные сценарии. Рост фибрилл может ускоряться, замедляться или даже останавливаться. Морфология исходной «затравки» может сохраняться, но также возможно, что структура результирующей фибриллы будет иной — типичными структурными формами являются «прямые» или «спиральные» фибриллы.
Исследователи подтвердили с помощью флуоресцентных экспериментов, что структура и динамика фибрилл, наблюдаемые с помощью HS-AFM, соответствуют процессам в растворе; были получены схожие выводы.
Результаты Watanabe-Nakayama, Ono и коллег важны для лучшего понимания амилоид-ассоциированных заболеваний. Цитируя исследователей: «Перекрёстное праймирование в сочетании с вариациями скорости роста приводит к увеличению структурного разнообразия получающихся ассемблей. Это разнообразие может отражаться в различных нейротоксических эффектах для различных белковых агрегатов».