Peptid nanostrukturer blokerer amyloidopbygning og forbedrer neuronal overlevelse i laboratorietest

Peptid nanostrukturer blokerer amyloidopbygning og forbedrer neuronal overlevelse i laboratorietest

Forskere afslører en ny supramolekylær terapi, der beskytter menneskelige neuroner mod amyloid-induceret skade og giver nyt håb for behandling af Alzheimers og relaterede neurodegenerative sygdomme.

En nyligt offentliggjort undersøgelse iJournal of the American Chemical SocietyUndersøger biokompatible peptidamfifilers rolle i at forhindre fejlfoldning og aggregering af proteiner forbundet med neurodegeneration.

Vigtige patologiske træk ved neurodegenerative sygdomme

Neurodegenerative sygdomme (ND'er) er karakteriseret ved neuronernes død, hvilket fører til alvorlige motoriske og kognitive svækkelser. Forekomsten af ​​ND'er, herunder Parkinsons sygdom (PD), Alzheimers sygdom (AD) og demens, fortsætter med at stige på verdensplan og øger derved byrden på globale sundhedssystemer.

Proteinaggregering såsom amyloid beta (Aβ) og tau er karakteristisk for AD, mens alfa-synuclein-aggregering forekommer i PD. Proteinaggregering fører til dannelsen af ​​amyloide protofilamenter, som kombineres til amyloidfibriller, der ender på forskellige steder i cellen.

Nuværende behandlingsstrategier for ND'er omfatter inhibering af proteinaggregatdannelse, eliminering af fejlfoldede proteiner og modificering af cellulære responser for at behandle samtidige skader såsom oxidativ stress.

Innovative tilgange til behandling af ND'er

Tidligere undersøgelser har rapporteret de terapeutiske fordele ved supramolekylær selvsamling af materialer, især nanomaterialer, gennem ikke-kovalente interaktioner. Peptid-baserede supramolekylære materialer er også forbundet med flere fordelagtige egenskaber til biomedicinske anvendelser, herunder overlegen biokompatibilitet, biotilgængelighed og modularitet sammenlignet med traditionelle peptider og proteiner.

Strukturelle enheder såsom aminosyresekvens eller samlingsmiljøet for peptidamfifiler (PAS) kan modificeres for at ændre styrken af ​​deres hydrogenbindinger og forskellige morfologiske egenskaber. Tidligere rapporterede forskere copolymeriseringskapaciteten af ​​PA nanofibre med forskellige opløselige peptidsekvenser for at danne en metastabil supramolekylær samling, som kunne forbedre leveringen af ​​terapeutiske peptider for at redde Aβ-relateret neurotoksicitet.

Trehalose, et ikke-reducerende, uladet disaccharid, er for nylig blevet undersøgt som en proteinchaperon, der kan beskytte proteiner mod fejlfoldning, denaturering og aggregering. Trehalose aktiverer også autofagi og reducerer akkumuleringen af ​​proteinaggregater og forbedrer derved neurotoksiciteten.

Om studiet

Den aktuelle undersøgelse undersøger de potentielle neurobeskyttende virkninger af trehalose-PA (TPA) til at redde amyloid-relateret neurodegeneration. Forskerne antog, at funktionalisering med trehalose ville gøre det muligt for TPA'er at hæmme amyloid-aggregering og stabilisere fænotyperne af neuroner, der er påvirket af amyloid-relateret neurotoksicitet.

Forskellige beregningsmetoder blev brugt til at studere interaktioner mellem ufunktionaliserede PA'er og amyloid beta-1-42 peptid (Aβ42) for at belyse deres evne til at forhindre amyloid aggregering. Det terapeutiske potentiale af TPA'er blev yderligere evalueretin vitroBrug af neuroner afledt af humane inducerede pluripotente stamceller (IPSC'er) til at bestemme deres effektivitet til at beskytte celler mod Aβ42-induceret neurotoksicitet.

Terapeutisk aktivitet af PA'er mod neurodegenerative sygdomme

Palmitoyl-vvaaee (E2) blev valgt som den utaliserede rygrad PA på grund af dens overlegne biokompatibilitet og evne til at præsentere bioaktive motiver med optimeret tæthed til neuronal anvendelse. TPA'er blev syntetiseret ved at konjugere og derefter funktionalisere en lysinrest ved C-terminalen af ​​E2.

Lillevinklet synkrotron røntgenspredning (SAXS) blev brugt til at analysere E2- og TPA-samlinger under udglødede og uøstede forhold. E2 dannede filamentøse nanostrukturer under begge forhold, mens utestede TPA dannede nanofibre og TEMEAL TPA dannede små micellære aggregater. Bredden af ​​TPA nanofibre var mindre end E2 nanofibres.

Cirkulær dikroisme (CD) spektroskopi, opløsning synkrotron vidvinkel røntgenspredning (WAXS) og Fourier transform infrarød spektroskopi (FT-IR) analyser viste en højere grad af decotonation af glutaminsyreresterne i TPA samlinger. Kryogen transmissionselektronmikroskopi (cryo-TEM) og negativ farvning TEM bekræftede de spektroskopiske resultater, hvilket indikerer, at begge E2 dannede snoede nanofibre med eller uden annealing.

VT-forsøg (variabel temperatur) viste, at smeltepunktet for E2-samlingerne var over 80 °C. Yderligere opvarmning til 90 °C fik E2's β-arksignatur til at forsvinde.

TPA-samlingen var stabil ved 50 °C, hvor dens β-arksignatur krympede ved 65 °C, hvilket tyder på, at TPA-trådformede samlinger er metastabile kinetiske supramolekylære strukturer ved lave temperaturer. Desuden blev TPA supramolekylære samlinger fundet at ændre aggregeringen af ​​Aβ42 og TPA-Aβ42 interaktioner, hvilket ændrede morfologien af ​​nanostrukturen.

Humane motoriske neuroner (MNS) forblev levedygtige efter behandling med 30 μm eller mindre TPA. Den monomere Aβ42 blev inkuberet ved 37 °C i 16 timer for at inducere Aβ42-toksicitet, med fire eksperimentelle TPA-arrangementer, der reducerede celledød, hvilket indikerer forskellige niveauer af redning. Navnlig opnåede ubehandlet TPA den mest effektive redning ved at reducere Aβ42-neurotoksicitet.

Supramolekylære nanostrukturer er et interessant mål for terapeutiske strategier i neurodegenerative sygdomme som Alzheimers sygdom og amyotrofisk lateral sklerose. “

Kilder: