Peptide-nanostructuren blokkeren de opbouw van amyloïd en verbeteren de neuronale overleving in laboratoriumtests

Peptide-nanostructuren blokkeren de opbouw van amyloïd en verbeteren de neuronale overleving in laboratoriumtests

Wetenschappers onthullen een nieuwe supramoleculaire therapie die menselijke neuronen beschermt tegen door amyloïd veroorzaakte schade en nieuwe hoop biedt voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer en aanverwante neurodegeneratieve ziekten.

Een onlangs gepubliceerde studie in deTijdschrift van de American Chemical SocietyOnderzoekt de rol van biocompatibele peptide-amfifielen bij het voorkomen van de verkeerde vouwing en aggregatie van eiwitten geassocieerd met neurodegeneratie.

Belangrijke pathologische kenmerken van neurodegeneratieve ziekten

Neurodegeneratieve ziekten (ND's) worden gekenmerkt door de dood van neuronen, wat leidt tot ernstige motorische en cognitieve stoornissen. De prevalentie van ND’s, waaronder de ziekte van Parkinson (PD), de ziekte van Alzheimer (AD) en dementie, blijft wereldwijd stijgen, waardoor de last voor de mondiale gezondheidszorgsystemen toeneemt.

Eiwitaggregatie zoals amyloïde bèta (Aβ) en tau is kenmerkend voor AD, terwijl alfa-synucleïne-aggregatie optreedt bij PD. Eiwitaggregatie leidt tot de vorming van amyloïde protofilamenten, die zich combineren tot amyloïde fibrillen die eindigen op verschillende locaties in de cel.

De huidige behandelingsstrategieën voor ND's omvatten het remmen van de vorming van eiwitaggregaten, het elimineren van verkeerd gevouwen eiwitten en het aanpassen van cellulaire reacties om gelijktijdige schade zoals oxidatieve stress te behandelen.

Innovatieve benaderingen voor de behandeling van ND's

Eerdere studies hebben de therapeutische voordelen gerapporteerd van supramoleculaire zelfassemblage van materialen, met name nanomaterialen, door middel van niet-covalente interacties. Op peptiden gebaseerde supramoleculaire materialen worden ook geassocieerd met verschillende voordelige eigenschappen voor biomedische toepassingen, waaronder superieure biocompatibiliteit, biologische beschikbaarheid en modulariteit vergeleken met traditionele peptiden en eiwitten.

Structurele eenheden zoals de aminozuursequentie of de assemblageomgeving van peptide-amfifielen (PAS) kunnen worden gemodificeerd om de sterkte van hun waterstofbruggen en verschillende morfologische kenmerken te veranderen. Eerder rapporteerden onderzoekers het copolymerisatievermogen van PA-nanovezels met verschillende oplosbare peptidesequenties om een ​​metastabiele supramoleculaire assemblage te vormen, die de afgifte van therapeutische peptiden zou kunnen verbeteren om Aβ-gerelateerde neurotoxiciteit te redden.

Trehalose, een niet-reducerende, ongeladen disaccharide, is onlangs onderzocht als een eiwitchaperonne die eiwitten kan beschermen tegen verkeerd vouwen, denaturatie en aggregatie. Trehalose activeert ook autofagie en vermindert de accumulatie van eiwitaggregaten, waardoor de neurotoxiciteit verbetert.

Over de studie

De huidige studie onderzoekt de potentiële neuroprotectieve effecten van trehalose-PA (TPA) bij het redden van amyloïde-gerelateerde neurodegeneratie. De onderzoekers veronderstelden dat functionaliteit met trehalose TPA's in staat zou stellen de aggregatie van amyloïden te remmen en de fenotypes van neuronen die worden beïnvloed door amyloïdgerelateerde neurotoxiciteit te stabiliseren.

Verschillende computationele methoden werden gebruikt om interacties tussen niet-gefunctionaliseerde PA's en amyloïde bèta-1-42-peptide (Aβ42) te bestuderen om hun vermogen om amyloïdeaggregatie te voorkomen op te helderen. Het therapeutische potentieel van TPA’s werd verder geëvalueerdin vitroGebruik van neuronen afgeleid van door mensen geïnduceerde pluripotente stamcellen (IPSC's) om hun effectiviteit bij het beschermen van cellen tegen door Aβ42 geïnduceerde neurotoxiciteit te bepalen.

Therapeutische activiteit van PA's tegen neurodegeneratieve ziekten

Palmitoyl-vvaaee (E2) werd geselecteerd als de niet-getaliseerde ruggengraat-PA vanwege zijn superieure biocompatibiliteit en het vermogen om bioactieve motieven te presenteren met geoptimaliseerde dichtheid voor neuronale toepassing. TPA's werden gesynthetiseerd door een lysineresidu aan de C-terminus van E2 te conjugeren en vervolgens te functionaliteiten.

Synchrotron-röntgenverstrooiing met kleine hoek (SAXS) werd gebruikt om E2- en TPA-assemblages te analyseren onder gegloeide en niet-oostende omstandigheden. E2 vormde onder beide omstandigheden filamenteuze nanostructuren, terwijl niet-geteste TPA nanovezels vormde en TEMEAL TPA kleine micellaire aggregaten vormde. De breedte van TPA-nanovezels was kleiner dan die van E2-nanovezels.

Circulair dichroïsme (CD) spectroscopie, oplossing synchrotron groothoek röntgenverstrooiing (WAXS) en Fourier-transformatie infraroodspectroscopie (FT-IR) analyses toonden een hogere mate van decotonatie van de glutaminezuurresiduen in TPA-assemblages. Cryogene transmissie-elektronenmicroscopie (cryo-TEM) en negatieve kleuring TEM bevestigden de spectroscopische resultaten, wat aangeeft dat beide E2 gedraaide nanovezels vormden, met of zonder uitgloeien.

VT-experimenten (variabele temperatuur) toonden aan dat het smeltpunt van de E2-assemblages boven de 80 °C lag. Verdere verwarming tot 90 ° C zorgde ervoor dat de β-sheetsignatuur van E2 verdween.

De TPA-assemblage was stabiel bij 50 ° C, waarbij de β-sheet-signatuur kromp bij 65 ° C, wat suggereert dat TPA-filamenteuze assemblages metastabiele kinetische supramoleculaire structuren zijn bij lage temperaturen. Bovendien bleken supramoleculaire TPA-assemblages de aggregatie van Aβ42- en TPA-Aβ42-interacties te veranderen, waardoor de morfologie van de nanostructuur veranderde.

Menselijke motorneuronen (MNS) bleven levensvatbaar na behandeling met 30 μm of minder TPA. Het monomere Aβ42 werd 16 uur bij 37 ° C geïncubeerd om Aβ42-toxiciteit te induceren, waarbij vier experimentele TPA-opstellingen de celdood verminderden, wat verschillende niveaus van redding aangeeft. Met name onbehandelde TPA bereikte de meest effectieve redding door de neurotoxiciteit van Aβ42 te verminderen.

Supramoleculaire nanostructuren zijn een interessant doelwit voor therapeutische strategieën bij neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer en amyotrofische laterale sclerose. “

Bronnen: