Peptidové nanostruktury blokují hromadění amyloidu a zvyšují přežití neuronů v laboratorních testech

Peptidové nanostruktury blokují hromadění amyloidu a zvyšují přežití neuronů v laboratorních testech

Vědci odhalují novou supramolekulární terapii, která chrání lidské neurony před poškozením způsobeným amyloidem a nabízí novou naději pro léčbu Alzheimerovy choroby a souvisejících neurodegenerativních onemocnění.

Nedávno publikovaná studie vJournal of the American Chemical SocietyZkoumá roli biokompatibilních peptidových amfifilů při prevenci chybného skládání a agregace proteinů spojených s neurodegenerací.

Důležité patologické znaky neurodegenerativních onemocnění

Neurodegenerativní onemocnění (ND) se vyznačují odumíráním neuronů, což vede k závažným motorickým a kognitivním poruchám. Prevalence ND, včetně Parkinsonovy choroby (PD), Alzheimerovy choroby (AD) a demence, celosvětově stále roste, čímž se zvyšuje zátěž pro globální zdravotnické systémy.

Agregace proteinů, jako je amyloid beta (Ap) a tau, je charakteristická pro AD, zatímco k agregaci alfa-synukleinu dochází u PD. Agregace proteinů vede k tvorbě amyloidních protofilament, která se spojují do amyloidních fibril, které končí na různých místech v buňce.

Současné léčebné strategie pro ND zahrnují inhibici tvorby proteinových agregátů, eliminaci chybně složených proteinů a modifikaci buněčných odpovědí k léčbě souběžného poškození, jako je oxidační stres.

Inovativní přístupy k léčbě NCH

Předchozí studie uváděly terapeutické přínosy supramolekulárního samoskládání materiálů, zejména nanomateriálů, prostřednictvím nekovalentních interakcí. Supramolekulární materiály na bázi peptidů jsou také spojeny s několika výhodnými vlastnostmi pro biomedicínské aplikace, včetně vynikající biokompatibility, biologické dostupnosti a modularity ve srovnání s tradičními peptidy a proteiny.

Strukturní jednotky, jako je aminokyselinová sekvence nebo prostředí sestavování peptidových amfifilů (PAS), mohou být modifikovány tak, aby se změnila síla jejich vodíkových vazeb a různé morfologické rysy. Dříve výzkumníci uváděli kopolymerizační kapacitu PA nanovláken s různými rozpustnými peptidovými sekvencemi za vzniku metastabilního supramolekulárního celku, který by mohl zlepšit dodávání terapeutických peptidů k ​​záchraně neurotoxicity související s Ap.

Trehalóza, neredukující, nenabitý disacharid, byla nedávno studována jako proteinový chaperon, který může chránit proteiny před chybným skládáním, denaturací a agregací. Trehalóza také aktivuje autofagii a snižuje akumulaci proteinových agregátů, čímž zlepšuje neurotoxicitu.

O studiu

Současná studie zkoumá potenciální neuroprotektivní účinky trehalózy-PA (TPA) při záchraně neurodegenerace související s amyloidem. Výzkumníci předpokládali, že funkcionalizace s trehalózou by umožnila TPA inhibovat agregaci amyloidu a stabilizovat fenotypy neuronů postižených neurotoxicitou související s amyloidem.

Ke studiu interakcí mezi nefunkcionalizovanými PA a amyloidním beta-1-42 peptidem (Ap42) byly použity různé výpočetní metody, aby se objasnila jejich schopnost bránit agregaci amyloidu. Dále byl hodnocen terapeutický potenciál TPAin vitroPoužití neuronů odvozených z lidských indukovaných pluripotentních kmenových buněk (IPSC) ke stanovení jejich účinnosti při ochraně buněk před neurotoxicitou indukovanou Ap42.

Terapeutická aktivita PA proti neurodegenerativním onemocněním

Palmitoyl-vvaaee (E2) byl vybrán jako netalizovaný páteřní PA díky své vynikající biokompatibilitě a schopnosti prezentovat bioaktivní motivy s optimalizovanou hustotou pro neuronální aplikaci. TPA byly syntetizovány konjugací a poté funkcionalizací lysinového zbytku na C-konci E2.

Malý úhel synchrotronového rentgenového rozptylu (SAXS) byl použit k analýze sestav E2 a TPA za žíhaných a neesterových podmínek. E2 vytvořil vláknité nanostruktury za obou podmínek, zatímco netestovaný TPA vytvořil nanovlákna a TEMEAL TPA vytvořil malé micelární agregáty. Šířka nanovláken TPA byla menší než šířka nanovláken E2.

Spektroskopie cirkulárního dichroismu (CD), synchrotronový širokoúhlý rozptyl rentgenového záření v roztoku (WAXS) a infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FT-IR) ukázaly vyšší stupeň dekotonace zbytků kyseliny glutamové v sestavách TPA. Kryogenní transmisní elektronová mikroskopie (cryo-TEM) a negativní barvení TEM potvrdily spektroskopické výsledky, což ukazuje, že obě E2 tvořily zkroucená nanovlákna s nebo bez žíhání.

Experimenty VT (variabilní teplota) ukázaly, že bod tání sestav E2 byl nad 80 °C. Další zahřívání na 90 °C způsobilo, že signatura β-listu E2 zmizela.

Sestava TPA byla stabilní při 50 °C, se signaturou β-listu se smršťovala při 65 °C, což naznačuje, že vláknité sestavy TPA jsou metastabilní kinetické supramolekulární struktury při nízkých teplotách. Dále bylo zjištěno, že supramolekulární uspořádání TPA mění agregaci interakcí Aβ42 a TPA-Aβ42, což změnilo morfologii nanostruktury.

Lidské motorické neurony (MNS) zůstaly životaschopné po ošetření 30 μm nebo méně TPA. Monomerní Ap42 byl inkubován při 37 °C po dobu 16 hodin, aby se vyvolala toxicita Ap42, se čtyřmi experimentálními uspořádáními TPA snižujícími buněčnou smrt, což ukazuje na různé úrovně záchrany. Je pozoruhodné, že neléčená TPA dosáhla nejúčinnější záchrany snížením neurotoxicity Ap42.

Supramolekulární nanostruktury jsou zajímavým cílem pro terapeutické strategie u neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba a amyotrofická laterální skleróza. “

Zdroje: