Οι νανοδομές πεπτιδίων εμποδίζουν τη συσσώρευση αμυλοειδούς και ενισχύουν την επιβίωση των νευρώνων σε εργαστηριακές δοκιμές

Οι νανοδομές πεπτιδίων εμποδίζουν τη συσσώρευση αμυλοειδούς και ενισχύουν την επιβίωση των νευρώνων σε εργαστηριακές δοκιμές

Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν μια νέα υπερμοριακή θεραπεία που προστατεύει τους ανθρώπινους νευρώνες από βλάβες που προκαλούνται από το αμυλοειδές και προσφέρει νέες ελπίδες για τη θεραπεία του Αλτσχάιμερ και των σχετικών νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη στοΕφημερίδα της Αμερικανικής Χημικής ΕταιρείαςΕξετάζει το ρόλο των βιοσυμβατών αμφίφιλων πεπτιδίων στην πρόληψη της λανθασμένης αναδίπλωσης και συσσωμάτωσης πρωτεϊνών που σχετίζονται με νευροεκφυλισμό.

Σημαντικά παθολογικά χαρακτηριστικά νευροεκφυλιστικών νοσημάτων

Οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες (ΝΔ) χαρακτηρίζονται από θάνατο νευρώνων, οδηγώντας σε σοβαρές κινητικές και γνωστικές βλάβες. Ο επιπολασμός των ΝΔ, συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Πάρκινσον (PD), της νόσου του Αλτσχάιμερ (AD) και της άνοιας, συνεχίζει να αυξάνεται παγκοσμίως, αυξάνοντας έτσι την επιβάρυνση των παγκόσμιων συστημάτων υγείας.

Η συσσωμάτωση πρωτεϊνών όπως το αμυλοειδές βήτα (Αβ) και η ταυ είναι χαρακτηριστική της AD, ενώ η συσσωμάτωση άλφα-συνουκλεΐνης εμφανίζεται στην PD. Η συσσώρευση πρωτεϊνών οδηγεί στο σχηματισμό πρωτεϊνών αμυλοειδών, τα οποία συνδυάζονται σε αμυλοειδή ινίδια που καταλήγουν σε διάφορες θέσεις μέσα στο κύτταρο.

Οι τρέχουσες στρατηγικές θεραπείας για τις ΝΔ περιλαμβάνουν την αναστολή του σχηματισμού συσσωματωμάτων πρωτεΐνης, την εξάλειψη των λανθασμένων πρωτεϊνών και την τροποποίηση των κυτταρικών αποκρίσεων για τη θεραπεία της ταυτόχρονης βλάβης όπως το οξειδωτικό στρες.

Καινοτόμες προσεγγίσεις για τη θεραπεία των ΝΔ

Προηγούμενες μελέτες έχουν αναφέρει τα θεραπευτικά οφέλη της υπερμοριακής αυτοσυναρμολόγησης υλικών, ιδιαίτερα νανοϋλικών, μέσω μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων. Τα υπερμοριακά υλικά που βασίζονται σε πεπτίδια συνδέονται επίσης με αρκετές πλεονεκτικές ιδιότητες για βιοϊατρικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της ανώτερης βιοσυμβατότητας, της βιοδιαθεσιμότητας και της αρθρωτής δομής σε σύγκριση με τα παραδοσιακά πεπτίδια και πρωτεΐνες.

Δομικές μονάδες όπως η αλληλουχία αμινοξέων ή το περιβάλλον συναρμολόγησης των αμφίφιλων πεπτιδίων (PAS) μπορούν να τροποποιηθούν για να αλλάξουν την ισχύ των δεσμών υδρογόνου τους και διάφορα μορφολογικά χαρακτηριστικά. Προηγουμένως, οι ερευνητές ανέφεραν την ικανότητα συμπολυμερισμού των νανοϊνών PA με διάφορες διαλυτές πεπτιδικές αλληλουχίες για να σχηματίσουν ένα μετασταθερό υπερμοριακό συγκρότημα, το οποίο θα μπορούσε να βελτιώσει την παροχή θεραπευτικών πεπτιδίων για τη διάσωση της νευροτοξικότητας που σχετίζεται με το Αβ.

Η τρεαλόζη, ένας μη αναγωγικός, αφόρτιστος δισακχαρίτης, έχει μελετηθεί πρόσφατα ως πρωτεϊνικός συνοδός που μπορεί να προστατεύσει τις πρωτεΐνες από λάθος δίπλωμα, μετουσίωση και συσσωμάτωση. Η τρεαλόζη ενεργοποιεί επίσης την αυτοφαγία και μειώνει τη συσσώρευση πρωτεϊνικών συσσωματωμάτων, βελτιώνοντας έτσι τη νευροτοξικότητα.

Σχετικά με τη μελέτη

Η παρούσα μελέτη διερευνά τις πιθανές νευροπροστατευτικές επιδράσεις της τρεαλόζης-PA (TPA) στη διάσωση του νευροεκφυλισμού που σχετίζεται με το αμυλοειδές. Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι η λειτουργικοποίηση με τρεαλόζη θα επέτρεπε στα TPA να αναστείλουν τη συσσώρευση αμυλοειδούς και να σταθεροποιήσουν τους φαινοτύπους των νευρώνων που επηρεάζονται από τη νευροτοξικότητα που σχετίζεται με το αμυλοειδές.

Διάφορες υπολογιστικές μέθοδοι χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ μη λειτουργικών PA και αμυλοειδούς βήτα-1-42 πεπτιδίου (Αβ42) για να διευκρινιστεί η ικανότητά τους να αποτρέπουν τη συσσώρευση αμυλοειδούς. Το θεραπευτικό δυναμικό των TPAs ​​αξιολογήθηκε περαιτέρωin vitroΧρήση νευρώνων που προέρχονται από ανθρώπινα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (IPSCs) για τον προσδιορισμό της αποτελεσματικότητάς τους στην προστασία των κυττάρων από την επαγόμενη από το Αβ42 νευροτοξικότητα.

Θεραπευτική δράση των PAs έναντι νευροεκφυλιστικών νοσημάτων

Το Palmitoyl-vvaaee (E2) επιλέχθηκε ως η μη καταγεγραμμένη ραχοκοκαλιά PA λόγω της ανώτερης βιοσυμβατότητας και της ικανότητάς του να παρουσιάζει βιοενεργά μοτίβα με βελτιστοποιημένη πυκνότητα για νευρωνική εφαρμογή. Τα TPA συντέθηκαν με σύζευξη και στη συνέχεια ενεργοποίηση ενός υπολείμματος λυσίνης στο C-άκρο του Ε2.

Η σκέδαση ακτίνων Χ σύγχροτρον μικρής γωνίας (SAXS) χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση των συγκροτημάτων Ε2 και ΤΡΑ υπό συνθήκες ανόπτησης και μη ανόπτησης. Το Ε2 σχημάτισε νηματώδεις νανοδομές και στις δύο συνθήκες, ενώ το μη δοκιμασμένο TPA σχημάτισε νανοΐνες και το TEMEAL TPA σχημάτισε μικρά μικκυλιακά συσσωματώματα. Το πλάτος των νανοϊνών TPA ήταν μικρότερο από αυτό των νανοϊνών Ε2.

Φασματοσκοπία κυκλικού διχρωμισμού (CD), ευρείας γωνίας σκέδασης ακτίνων Χ συγχρονών διαλύματος (WAXS) και φασματοσκοπίας υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier (FT-IR) έδειξαν υψηλότερο βαθμό αποτονισμού των υπολειμμάτων γλουταμικού οξέος σε συγκροτήματα TPA. Η κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης (cryo-TEM) και η αρνητική χρώση TEM επιβεβαίωσαν τα φασματοσκοπικά αποτελέσματα, υποδεικνύοντας ότι και οι δύο Ε2 σχημάτισαν συνεστραμμένες νανοΐνες με ή χωρίς ανόπτηση.

Τα πειράματα VT (μεταβλητή θερμοκρασία) έδειξαν ότι το σημείο τήξης των συγκροτημάτων Ε2 ήταν πάνω από 80 °C. Περαιτέρω θέρμανση στους 90 °C προκάλεσε την εξαφάνιση της υπογραφής του β φύλλου του Ε2.

Το συγκρότημα TPA ήταν σταθερό στους 50 °C, με την υπογραφή του β-φύλλου να συρρικνώνεται στους 65 °C, υποδηλώνοντας ότι τα νηματώδη συγκροτήματα TPA είναι μετασταθερές κινητικές υπερμοριακές δομές σε χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, τα υπερμοριακά συγκροτήματα TPA βρέθηκαν να μεταβάλλουν τη συσσωμάτωση των αλληλεπιδράσεων Αβ42 και ΤΡΑ-Αβ42, γεγονός που άλλαξε τη μορφολογία της νανοδομής.

Οι ανθρώπινοι κινητικοί νευρώνες (MNS) παρέμειναν βιώσιμοι μετά από θεραπεία με 30 μm ή λιγότερο TPA. Το μονομερές Αβ42 επωάστηκε στους 37 °C για 16 ώρες για να προκληθεί τοξικότητα του Αβ42, με τέσσερις πειραματικές διατάξεις TPA που μειώνουν τον κυτταρικό θάνατο, υποδεικνύοντας διαφορετικά επίπεδα διάσωσης. Συγκεκριμένα, το μη επεξεργασμένο TPA πέτυχε την πιο αποτελεσματική διάσωση μειώνοντας τη νευροτοξικότητα του Αβ42.

Οι υπερμοριακές νανοδομές είναι ένας ενδιαφέρον στόχος για θεραπευτικές στρατηγικές σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως η νόσος Alzheimer και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση. "

Πηγές: