Studien klargör hur spermin kan skydda mot Alzheimers och Parkinsons

Studien klargör hur spermin kan skydda mot Alzheimers och Parkinsons

Forskare vid Paul Scherrer Institute PSI har förklarat hur spermin – en liten molekyl som reglerar många processer i kroppens celler – kan förebygga sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons: Det gör vissa proteiner ofarliga genom att verka lite som ost på pasta och få dem att klumpa ihop sig. Denna upptäckt kan hjälpa till att bekämpa sådana sjukdomar. Studien har nu publicerats i den vetenskapliga tidskriftenNaturkommunikation.

Vår förväntade livslängd fortsätter att öka – och med den frekvensen av åldersrelaterade sjukdomar, inklusive neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons. Dessa sjukdomar orsakas av ansamlingar av skadliga proteinstrukturer i hjärnan som består av felveckade amyloidproteiner. Deras form påminner om fibrer eller spagetti. Hittills finns det ingen effektiv terapi för att förhindra eller eliminera sådana ansamlingar.

Men en molekyl som kallas spermin som förekommer naturligt i kroppen ger hopp. Forskare under ledning av studieledaren Jinghui Luo från Center for Life Sciences vid Paul Scherrer Institute PSI har i experiment upptäckt att detta ämne kan förlänga livslängden för små nematodmaskar, förbättra deras rörlighet i hög ålder och stärka kraftverken i deras celler - mitokondrierna. Specifikt observerade forskarna hur spermin stöder kroppens immunsystem för att eliminera nervskadande ansamlingar av amyloidproteiner.

De nya rönen skulle kunna tjäna som grund för utvecklingen av nya terapier för sådana sjukdomar.

En central förmedlare av cellulära processer

Spermier är ett livsviktigt ämne för organismen. Det är en av de så kallade polyaminerna, som är relativt små organiska molekyler. Spermier, som först upptäcktes för mer än 150 år sedan, är uppkallade efter sädesvätska eftersom den förekommer där i särskilt höga koncentrationer. Men det finns också i många andra celler i kroppen - särskilt de som är aktiva och kan delas.

Spermin främjar cellernas rörlighet och aktivitet och kontrollerar många processer. Det interagerar främst med nukleinsyrorna i genomet och reglerar således uttrycket av gener och deras omvandling till proteiner. Detta säkerställer att celler kan växa och dela sig ordentligt och så småningom dö. Spermier spelar också en central roll i en viktig cellulär process som kallas biomolekylär kondensation: I denna process separeras vissa makromolekyler som proteiner och nukleinsyror och samlas i droppliknande form i cellen, vilket gör att viktiga reaktioner kan inträffa där.

I samband med neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers eller Parkinsons har det tidigare funnits bevis för att spermin kan skydda nervceller och lindra åldersrelaterad minnesförlust. Hittills har det dock saknats en mer exakt förståelse för hur spermin ingriper i nervskadande processer – kunskap som skulle kunna dra medicinsk nytta av det.

Stöd för att eliminera cellavfall

Jinghui Luos grupp har nu undersökt detta närmare. Förutom optisk mikroskopi använde forskarna även SAXS-spridningsteknik vid PSI:s Synchrotron Light Source Switzerland SLS för att klargöra den molekylära dynamiken i dessa processer. Undersökningarna utfördes i en glaskapillär (in vitro) och i en levande organism (in vivo). Nematoden C. elegans fungerade som en modellorganism.

Det visade sig att spermin använder biomolekylär kondensering för att säkerställa att de skadliga proteinerna ackumuleras och till viss del klumpar sig. Detta möjliggör en process som kallas autofagi som sker rutinmässigt i våra celler: skadade eller onödiga proteiner lindas in i små membranvesiklar och bryts säkert ned med hjälp av enzymer - praktiskt taget en naturlig återvinningsprocess.

Autofagi är effektivare för att behandla större klumpar av proteiner. Och spermin är så att säga bindemedlet som håller ihop trådarna. Det finns bara svagt attraherande elektriska krafter mellan molekylerna, som organiserar dem men inte fast förbinder dem med varandra."

Jinghui Luo, studierektor

Det hela, säger Luo, kan också tänkas som en tallrik spagetti. "Sperminen är som ost, binder ihop de långa, tunna nudlarna utan att klistra ihop dem, vilket gör dem lättare att smälta."

Letar du efter: rätt kombination av ingredienser

Spermier har också en inverkan på andra sjukdomar, inklusive cancer. Även här behövs forskning för att klargöra verkningsmekanismerna – då vore sperminbaserade terapeutiska tillvägagångssätt tänkbara. Förutom spermin finns det många andra polyaminer som fyller viktiga funktioner i organismen och därför är av medicinskt intresse. Därför har forskning inom detta område stor potential. "Om vi ​​förstår de underliggande processerna bättre", säger Luo, "kan vi laga godare och mer lättsmälta rätter, så att säga, för då vet vi exakt vilka kryddor och i vilka mängder som gör såsen extra god."

Artificiell intelligens används också i denna sökning eftersom den kan beräkna lovande kombinationer av "såsingredienser" mycket snabbare baserat på all tillgänglig data. Luo påpekar också att tidsupplösta spridningsmättekniker och högupplöst bildbehandling, som kan avbilda sådana processer i realtid och ner till subcellulär nivå, också är viktiga för denna och efterföljande studier. Förutom PSI är sådana metoder endast tillgängliga på ett fåtal andra synkrotronanläggningar över hela världen.

Källor: