Le nanostrutture peptidiche bloccano l'accumulo di amiloide e migliorano la sopravvivenza neuronale nei test di laboratorio

Le nanostrutture peptidiche bloccano l'accumulo di amiloide e migliorano la sopravvivenza neuronale nei test di laboratorio

Gli scienziati svelano una nuova terapia supramolecolare che protegge i neuroni umani dai danni indotti dall'amiloide e offre nuove speranze per il trattamento del morbo di Alzheimer e delle malattie neurodegenerative correlate.

Uno studio recentemente pubblicato suGiornale dell'American Chemical SocietyEsamina il ruolo dei peptidi anfifili biocompatibili nel prevenire il ripiegamento errato e l'aggregazione delle proteine ​​associate alla neurodegenerazione.

Importanti caratteristiche patologiche delle malattie neurodegenerative

Le malattie neurodegenerative (ND) sono caratterizzate dalla morte dei neuroni, che porta a gravi disturbi motori e cognitivi. La prevalenza delle malattie neurodegenerative, tra cui il morbo di Parkinson (PD), il morbo di Alzheimer (AD) e la demenza, continua ad aumentare in tutto il mondo, aumentando così l’onere sui sistemi sanitari globali.

L'aggregazione proteica come l'amiloide-beta (Aβ) e la tau è caratteristica dell'AD, mentre l'aggregazione dell'alfa-sinucleina si verifica nel PD. L'aggregazione delle proteine ​​porta alla formazione di protofilamenti amiloidi, che si combinano in fibrille amiloidi che terminano in varie posizioni all'interno della cellula.

Le attuali strategie di trattamento per le ND includono l’inibizione della formazione di aggregati proteici, l’eliminazione delle proteine ​​mal ripiegate e la modifica delle risposte cellulari per trattare i danni concomitanti come lo stress ossidativo.

Approcci innovativi al trattamento delle ND

Studi precedenti hanno riportato i benefici terapeutici dell'autoassemblaggio supramolecolare di materiali, in particolare nanomateriali, attraverso interazioni non covalenti. I materiali supramolecolari a base peptidica sono anche associati a diverse proprietà vantaggiose per applicazioni biomediche, tra cui biocompatibilità, biodisponibilità e modularità superiori rispetto ai peptidi e alle proteine ​​tradizionali.

Le unità strutturali come la sequenza aminoacidica o l'ambiente di assemblaggio degli anfifili peptidici (PAS) possono essere modificati per cambiare la forza dei loro legami idrogeno e varie caratteristiche morfologiche. In precedenza, i ricercatori avevano segnalato la capacità di copolimerizzazione delle nanofibre di PA con varie sequenze peptidiche solubili per formare un assemblaggio supramolecolare metastabile, che potrebbe migliorare la distribuzione di peptidi terapeutici per salvare la neurotossicità correlata all’Aβ.

Il trealosio, un disaccaride non riducente e non carico, è stato recentemente studiato come chaperone proteico in grado di proteggere le proteine ​​dal ripiegamento errato, dalla denaturazione e dall'aggregazione. Il trealosio attiva anche l'autofagia e riduce l'accumulo di aggregati proteici, migliorando così la neurotossicità.

A proposito dello studio

Il presente studio indaga i potenziali effetti neuroprotettivi del trealosio-PA (TPA) nel salvataggio della neurodegenerazione correlata all’amiloide. I ricercatori hanno ipotizzato che la funzionalizzazione con trealosio consentirebbe ai TPA di inibire l’aggregazione dell’amiloide e stabilizzare i fenotipi dei neuroni affetti dalla neurotossicità correlata all’amiloide.

Sono stati utilizzati vari metodi computazionali per studiare le interazioni tra PA non funzionalizzati e il peptide beta-1-42 dell'amiloide (Aβ42) per chiarire la loro capacità di prevenire l'aggregazione dell'amiloide. Il potenziale terapeutico dei TPA è stato ulteriormente valutatoin vitroUtilizzo di neuroni derivati ​​da cellule staminali pluripotenti indotte umane (IPSC) per determinare la loro efficacia nel proteggere le cellule dalla neurotossicità indotta da Aβ42.

Attività terapeutica delle PA contro le malattie neurodegenerative

Palmitoyl-vvaaee (E2) è stato selezionato come PA della spina dorsale non talizzata grazie alla sua biocompatibilità superiore e alla capacità di presentare motivi bioattivi con densità ottimizzata per l'applicazione neuronale. I TPA sono stati sintetizzati coniugando e quindi funzionalizzando un residuo di lisina al C-terminale di E2.

Lo scattering di raggi X con sincrotrone a piccolo angolo (SAXS) è stato utilizzato per analizzare gli assemblaggi E2 e TPA in condizioni ricotte e non riscaldate. E2 ha formato nanostrutture filamentose in entrambe le condizioni, mentre il TPA non testato ha formato nanofibre e il TPA TEMEAL ha formato piccoli aggregati micellari. La larghezza delle nanofibre TPA era inferiore a quella delle nanofibre E2.

Le analisi di spettroscopia con dicroismo circolare (CD), diffusione di raggi X ad angolo ampio con sincrotrone in soluzione (WAXS) e spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR) hanno mostrato un grado più elevato di decotonazione dei residui di acido glutammico negli assemblaggi TPA. La microscopia elettronica a trasmissione criogenica (crio-TEM) e la colorazione negativa TEM hanno confermato i risultati spettroscopici, indicando che entrambi gli E2 formavano nanofibre ritorte con o senza ricottura.

Gli esperimenti VT (temperatura variabile) hanno mostrato che il punto di fusione dei gruppi E2 era superiore a 80 °C. Un ulteriore riscaldamento a 90 °C ha causato la scomparsa della firma del foglio β di E2.

L'assemblaggio del TPA era stabile a 50 °C, con la firma del foglio β che si restringeva a 65 °C, suggerendo che gli assemblaggi filamentosi del TPA sono strutture supramolecolari cinetiche metastabili a basse temperature. Inoltre, è stato scoperto che gli assemblaggi supramolecolari TPA alterano l'aggregazione delle interazioni Aβ42 e TPA-Aβ42, che alterano la morfologia della nanostruttura.

I motoneuroni umani (MNS) sono rimasti vitali dopo il trattamento con TPA pari o inferiore a 30 μm. L'Aβ42 monomerico è stato incubato a 37 °C per 16 ore per indurre la tossicità dell'Aβ42, con quattro disposizioni sperimentali di TPA che riducono la morte cellulare, indicando diversi livelli di salvataggio. In particolare, il TPA non trattato ha ottenuto il salvataggio più efficace riducendo la neurotossicità dell’Aβ42.

Le nanostrutture sopramolecolari rappresentano un obiettivo interessante per strategie terapeutiche nelle malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer e la sclerosi laterale amiotrofica. “

Fonti: