Das Team der Rice University entwickelt Tool, um die Hotspots der Proteinaggregation zu verfolgen

Eine neuartige Strategie, die an der Rice University entwickelt wurde, ermöglicht Wissenschaftlern, winzige Segmente von Proteinen in lebenden Zellen zu vergrößern und lokalisierte Umweltveränderungen aufzudecken, die auf die frühesten Stadien von Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson und Krebs hinweisen könnten. Die Studie, veröffentlicht in Naturchemische Biologie Am 10. September ist auch vielversprechend für das Arzneimittelscreening, das gegen Protein -Aggregation -Erkrankungen abzielt.

Das Forschungsteam entwickelte eine fluoreszierende Sonde, die als Anapth bekannt ist, in präzise Subdomänen von Proteinen und schafft ein Werkzeug, das Mikroumgebung in Echtzeit überwacht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken, die nur breite Signale liefern, zeigt dieser Ansatz, wie unterschiedliche Regionen desselben Proteins während des Aggregationsprozesses unterschiedlich verhalten. Die Entdeckung unter der Leitung von Han Xiao, Professor für Chemie und Direktor des Rice -SynthX -Zentrums, verbessert das grundlegende Verständnis der Krankheitsmechanismen und legt die Grundlage für die Identifizierung von Arzneimittelzielen und das Screening potenzieller Therapeutika in einem früheren Stadium.

Wir haben im Wesentlichen ein molekulares Vergrößerungsglas gebaut. Dies ermöglicht es uns, subtile Umgebungsänderungen zu visualisieren, die zuvor unbemerkt blieben, und diese frühen Veränderungen sind häufig den Schlüssel zum Verständnis von Proteinkrankheiten. „

Han Xiao, Professor für Chemie und Direktor von Rices Synthx Center

Präzisionsbeleuchtung von Protein -Subdomänen

Um zu untersuchen, wie sich einzelne Proteinsegmente während der Aggregation verhalten, stellten die Forscher die Hypothese auf, dass lokale Umweltveränderungen sich der sichtbaren Klumpen vorausgehen. Basierend auf dieser Hypothese entwarfen sie Anapth, eine kleine fluoreszierende Aminosäure, deren Emissionsspektrum basierend auf ihrer Mikroumgebung verändert. Unter Verwendung der genetischen Code -Expansion fügte das Team diese Sonde an bestimmten Stellen ein, ohne die Proteinfaltung oder -funktion zu verändern.

Durch die Verfolgung von Veränderungen der Fluoreszenz in lebenden Zellen überwachte das Forschungsteam die Echtzeitreaktionen von gezielten Subdomänen. Diese Technik lieferte ein Maß an räumlicher Auflösung und zeitliche Überwachung, die durch vorhandene Werkzeuge nicht übertrifft.

„Wir wollten eine Methode, um nur einen Punkt in einem Protein zu beleuchten und zu beobachten, was in lebenden Zellen um sie herum passiert“, sagte Mengxi Zhang, Doktorand und Co-First-Autor der Studie. „Wenn die Aggregation beginnt, werden einige Teile dichter und hydrophober, während andere unverändert bleiben. Unser Werkzeug erkennt diese Unterscheidungen fast sofort.“

Unebene Aggregation in lebenden Zellen enthüllt

Bei der Anwendung ihrer Technik auf krankheitsbedingte Proteine ​​stellten die Forscher fest, dass die Aggregation weit davon entfernt ist, einheitlich zu sein. Spezifische Subdomänen zeigten eine erhöhte Fluoreszenzintensität und spektrale Verschiebungen, was auf erhöhte Verdrängungen und veränderte chemische Umgebungen hinweist, während andere Regionen stabil blieben. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Aggregation vor der Ausbreitung in diskreten „Hot Spots“ initiiert wird.

Dieser ungleichmäßige Prozess fordert traditionelle Modelle in Frage, die die Proteinaggregation als homogenes Phänomen betrachten. Stattdessen wird ein differenzierteres Fortschreiten hervorgehoben, bei dem früh lokalisierte Fehlfaltungsereignisse als Biomarker oder therapeutische Einstiegspunkte dienen könnten – Ergebnisse, die eine neue Perspektive für die Untersuchung der Proteinaggregation auf molekularer Ebene liefern.

Echtzeitüberwachung der Wirksamkeit von Arzneimitteln bei Proteinaggregationserkrankungen

Die Fähigkeit, frühe subdomänenspezifische Veränderungen nachzuweisen, eröffnet die Möglichkeit, neurodegenerative und Protein-Fehlfaltungserkrankungen empfindlicher zu überwachen und kleine Moleküle zu identifizieren, die vor der Aggregation eingreifen. Die Implikationen erstrecken sich von der molekularen Biologie bis zur pharmazeutischen Innovation.

„Diese Plattform gibt uns einen Sprunganfang“, sagte Shudan Yang, Student und Co-First-Autor der Studie. „Jetzt können wir potenzielle Inhibitoren testen und beim ersten Anzeichen von Schwierigkeiten sehen, ob sie eine lokale Fehlfaltung verhindern. Diese Art von Präzisions -Screening ist das, was Arzneimittelentdeckung braucht.“

Zu den Mitautoren der Studie zählen Rice-Wissenschaftler Shikai Jin, Yuda Chen, Yiming Guo, Yu Hu und Peter Wolynes.

Diese Studie wurde von der Robert A. Welch Foundation, dem Rice’s Synthx Seed Award, dem Cancer Prevention Research Institute of Texas, dem National Institutes of Health, dem US -Verteidigungsministerium, dem John S. Dunn Foundation Collaborative Research Award, dem Hamill Innovation Award, der National Science Foundation und dem Dr. Bullard Welch -Vorsitzenden von Rice bei Rice in Rice unterstützt.

Quellen: