Peptid nanostrukturer blokkerer oppbygging av amyloid og forbedrer nevronal overlevelse i laboratorietester

Peptid nanostrukturer blokkerer oppbygging av amyloid og forbedrer nevronal overlevelse i laboratorietester

Forskere avduker en ny supramolekylær terapi som beskytter menneskelige nevroner mot amyloid-indusert skade og gir nytt håp for behandling av Alzheimers og relaterte nevrodegenerative sykdommer.

En nylig publisert studie iJournal of the American Chemical SocietyUndersøker rollen til biokompatible peptidamfifiler i å forhindre feilfolding og aggregering av proteiner assosiert med nevrodegenerasjon.

Viktige patologiske trekk ved nevrodegenerative sykdommer

Nevrodegenerative sykdommer (ND) er preget av død av nevroner, noe som fører til alvorlige motoriske og kognitive svekkelser. Prevalensen av ND-er, inkludert Parkinsons sykdom (PD), Alzheimers sykdom (AD) og demens, fortsetter å øke over hele verden, og øker dermed belastningen på globale helsesystemer.

Proteinaggregering som amyloid beta (Aβ) og tau er karakteristisk for AD, mens alfa-synukleinaggregering skjer ved PD. Proteinaggregering fører til dannelsen av amyloide protofilamenter, som kombineres til amyloidfibriller som ender på forskjellige steder i cellen.

Gjeldende behandlingsstrategier for ND inkluderer hemning av proteinaggregatdannelse, eliminering av feilfoldede proteiner og modifisering av cellulære responser for å behandle samtidig skade som oksidativt stress.

Innovative tilnærminger til behandling av ND-er

Tidligere studier har rapportert de terapeutiske fordelene ved supramolekylær selvmontering av materialer, spesielt nanomaterialer, gjennom ikke-kovalente interaksjoner. Peptidbaserte supramolekylære materialer er også assosiert med flere fordelaktige egenskaper for biomedisinske anvendelser, inkludert overlegen biokompatibilitet, biotilgjengelighet og modularitet sammenlignet med tradisjonelle peptider og proteiner.

Strukturelle enheter som aminosyresekvens eller sammenstillingsmiljøet til peptidamfifiler (PAS) kan modifiseres for å endre styrken til deres hydrogenbindinger og forskjellige morfologiske egenskaper. Tidligere rapporterte forskere kopolymeriseringskapasiteten til PA-nanofibre med forskjellige løselige peptidsekvenser for å danne en metastabil supramolekylær samling, som kan forbedre leveringen av terapeutiske peptider for å redde Aβ-relatert nevrotoksisitet.

Trehalose, et ikke-reduserende, uladet disakkarid, har nylig blitt studert som en proteinchaperon som kan beskytte proteiner mot feilfolding, denaturering og aggregering. Trehalose aktiverer også autofagi og reduserer akkumulering av proteinaggregater, og forbedrer dermed nevrotoksisiteten.

Om studiet

Den nåværende studien undersøker de potensielle nevrobeskyttende effektene av trehalose-PA (TPA) for å redde amyloidrelatert nevrodegenerasjon. Forskerne antok at funksjonalisering med trehalose ville tillate TPA-er å hemme amyloidaggregering og stabilisere fenotypene til nevroner påvirket av amyloidrelatert nevrotoksisitet.

Ulike beregningsmetoder ble brukt for å studere interaksjoner mellom ufunksjonaliserte PA-er og amyloid beta-1-42-peptid (Aβ42) for å belyse deres evne til å forhindre amyloidaggregering. Det terapeutiske potensialet til TPA ble videre evaluertin vitroBruke nevroner avledet fra menneskelige induserte pluripotente stamceller (IPSCs) for å bestemme deres effektivitet i å beskytte celler mot Aβ42-indusert nevrotoksisitet.

Terapeutisk aktivitet av PA mot nevrodegenerative sykdommer

Palmitoyl-vvaaee (E2) ble valgt som utalisert ryggrad PA på grunn av sin overlegne biokompatibilitet og evne til å presentere bioaktive motiver med optimalisert tetthet for nevronal applikasjon. TPA-er ble syntetisert ved å konjugere og deretter funksjonalisere en lysinrest ved C-terminalen av E2.

Småvinklet synkrotron røntgenspredning (SAXS) ble brukt til å analysere E2- og TPA-sammenstillinger under glødede og ueastede forhold. E2 dannet filamentøse nanostrukturer under begge forhold, mens uprøvd TPA dannet nanofibre og TEMEAL TPA dannet små micellære aggregater. Bredden på TPA nanofibre var mindre enn E2 nanofibre.

Sirkulær dikroisme (CD) spektroskopi, løsningssynkrotron vidvinkel røntgenspredning (WAXS) og Fourier transform infrarød spektroskopi (FT-IR) analyser viste en høyere grad av decotonering av glutaminsyrerestene i TPA-sammenstillinger. Kryogen transmisjonselektronmikroskopi (cryo-TEM) og negativ farging TEM bekreftet de spektroskopiske resultatene, noe som indikerte at begge E2 dannet vridd nanofibre med eller uten annealing.

VT (variabel temperatur) eksperimenter viste at smeltepunktet til E2-sammenstillingene var over 80 °C. Ytterligere oppvarming til 90 °C førte til at β-arksignaturen til E2 forsvant.

TPA-sammenstillingen var stabil ved 50 °C, med sin β-arksignatur krympende ved 65 °C, noe som antyder at TPA-filamentøse sammenstillinger er metastabile kinetiske supramolekylære strukturer ved lave temperaturer. Videre ble TPA supramolekylære sammenstillinger funnet å endre aggregeringen av Aβ42 og TPA-Aβ42 interaksjoner, noe som endret morfologien til nanostrukturen.

Menneskelige motoriske nevroner (MNS) forble levedyktige etter behandling med 30 μm eller mindre TPA. Den monomere Aβ42 ble inkubert ved 37 ° C i 16 timer for å indusere Aβ42-toksisitet, med fire eksperimentelle TPA-arrangementer som reduserte celledød, noe som indikerer forskjellige nivåer av redning. Spesielt oppnådde ubehandlet TPA den mest effektive redningen ved å redusere Aβ42-nevrotoksisitet.

Supramolekylære nanostrukturer er et interessant mål for terapeutiske strategier ved nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers sykdom og amyotrofisk lateral sklerose. "

Kilder: