Peptidové nanoštruktúry blokujú nahromadenie amyloidu a zvyšujú prežitie neurónov v laboratórnych testoch

Peptidové nanoštruktúry blokujú nahromadenie amyloidu a zvyšujú prežitie neurónov v laboratórnych testoch

Vedci odhaľujú novú supramolekulárnu terapiu, ktorá chráni ľudské neuróny pred poškodením spôsobeným amyloidmi a ponúka novú nádej na liečbu Alzheimerovej choroby a súvisiacich neurodegeneratívnych ochorení.

Nedávno publikovaná štúdia vJournal of the American Chemical SocietySkúma úlohu biokompatibilných peptidových amfifilov pri prevencii nesprávneho poskladania a agregácie proteínov spojených s neurodegeneráciou.

Dôležité patologické znaky neurodegeneratívnych ochorení

Neurodegeneratívne ochorenia (ND) sú charakterizované smrťou neurónov, čo vedie k závažným motorickým a kognitívnym poruchám. Prevalencia NCH vrátane Parkinsonovej choroby (PD), Alzheimerovej choroby (AD) a demencie celosvetovo neustále narastá, čím sa zvyšuje záťaž pre globálne zdravotnícke systémy.

Agregácia proteínov, ako je amyloid beta (Ap) a tau, je charakteristická pre AD, zatiaľ čo k agregácii alfa-synukleínu dochádza pri PD. Agregácia proteínov vedie k tvorbe amyloidných protofilament, ktoré sa spájajú do amyloidných fibríl, ktoré končia na rôznych miestach v bunke.

Súčasné liečebné stratégie pre ND zahŕňajú inhibíciu tvorby proteínových agregátov, elimináciu chybne zložených proteínov a modifikáciu bunkových odpovedí na liečbu súbežného poškodenia, ako je oxidačný stres.

Inovatívne prístupy k liečbe NCH

Predchádzajúce štúdie uvádzali terapeutické výhody supramolekulárneho samozostavovania materiálov, najmä nanomateriálov, prostredníctvom nekovalentných interakcií. Supramolekulárne materiály na báze peptidov sú tiež spojené s niekoľkými výhodnými vlastnosťami pre biomedicínske aplikácie, vrátane vynikajúcej biokompatibility, biologickej dostupnosti a modularity v porovnaní s tradičnými peptidmi a proteínmi.

Štrukturálne jednotky, ako je sekvencia aminokyselín alebo prostredie zostavy peptidových amfifilov (PAS), môžu byť modifikované tak, aby sa zmenila sila ich vodíkových väzieb a rôzne morfologické znaky. Predtým výskumníci uvádzali kopolymerizačnú kapacitu PA nanovlákien s rôznymi rozpustnými peptidovými sekvenciami na vytvorenie metastabilnej supramolekulárnej zostavy, ktorá by mohla zlepšiť dodávanie terapeutických peptidov na záchranu neurotoxicity súvisiacej s Ap.

Trehalóza, neredukujúci, nenabitý disacharid, bola nedávno študovaná ako proteínový chaperón, ktorý môže chrániť proteíny pred nesprávnym skladaním, denaturáciou a agregáciou. Trehalóza tiež aktivuje autofágiu a znižuje akumuláciu proteínových agregátov, čím zlepšuje neurotoxicitu.

O štúdiu

Súčasná štúdia skúma potenciálne neuroprotektívne účinky trehalózy-PA (TPA) pri záchrane neurodegenerácie súvisiacej s amyloidom. Výskumníci predpokladali, že funkcionalizácia trehalózou by umožnila TPA inhibovať agregáciu amyloidu a stabilizovať fenotypy neurónov ovplyvnených neurotoxicitou súvisiacou s amyloidom.

Na štúdium interakcií medzi nefunkcionalizovanými PA a amyloidným beta-1-42 peptidom (Ap42) sa použili rôzne výpočtové metódy, aby sa objasnila ich schopnosť zabrániť agregácii amyloidu. Ďalej sa hodnotil terapeutický potenciál TPAin vitroPoužitie neurónov odvodených z ľudských indukovaných pluripotentných kmeňových buniek (IPSC) na určenie ich účinnosti pri ochrane buniek pred neurotoxicitou indukovanou Ap42.

Terapeutická aktivita PA proti neurodegeneratívnym ochoreniam

Palmitoyl-vvaaee (E2) bol vybraný ako netalizovaný hlavný reťazec PA vďaka svojej vynikajúcej biokompatibilite a schopnosti prezentovať bioaktívne motívy s optimalizovanou hustotou pre neurónovú aplikáciu. TPA boli syntetizované konjugáciou a následnou funkcionalizáciou lyzínového zvyšku na C-konci E2.

Na analýzu zostáv E2 a TPA v podmienkach žíhania a neesterovania sa použil malouhlový synchrotrónový röntgenový rozptyl (SAXS). E2 vytvoril vláknité nanoštruktúry za oboch podmienok, zatiaľ čo netestovaný TPA vytvoril nanovlákna a TEMEAL TPA vytvoril malé micelárne agregáty. Šírka nanovlákien TPA bola menšia ako šírka nanovlákien E2.

Analýza spektroskopie cirkulárneho dichroizmu (CD), synchrotrónového širokouhlého röntgenového rozptylu v roztoku (WAXS) a infračervenej spektroskopie s Fourierovou transformáciou (FT-IR) ukázala vyšší stupeň dekotonácie zvyškov kyseliny glutámovej v zostavách TPA. Kryogénna transmisná elektrónová mikroskopia (kryo-TEM) a negatívne farbenie TEM potvrdili spektroskopické výsledky, čo naznačuje, že obe E2 tvorili skrútené nanovlákna s alebo bez žíhania.

Experimenty VT (variabilná teplota) ukázali, že teplota topenia zostáv E2 bola nad 80 °C. Ďalšie zahrievanie na 90 °C spôsobilo zmiznutie β-listového podpisu E2.

Zostava TPA bola stabilná pri 50 ° C, pričom jej podpis β-listu sa zmenšoval pri 65 ° C, čo naznačuje, že vláknité zostavy TPA sú metastabilné kinetické supramolekulárne štruktúry pri nízkych teplotách. Okrem toho sa zistilo, že supramolekulárne zostavy TPA menia agregáciu interakcií Ap42 a TPA-Ap42, čo zmenilo morfológiu nanoštruktúry.

Ľudské motorické neuróny (MNS) zostali životaschopné po ošetrení 30 μm alebo menej TPA. Monomérny Ap42 sa inkuboval pri 37 °C počas 16 hodín, aby sa vyvolala toxicita Ap42, so štyrmi experimentálnymi usporiadaniami TPA redukujúcimi bunkovú smrť, čo naznačuje rôzne úrovne záchrany. Najmä neošetrený TPA dosiahol najúčinnejšiu záchranu znížením neurotoxicity Ap42.

Supramolekulárne nanoštruktúry sú zaujímavým cieľom pre terapeutické stratégie pri neurodegeneratívnych ochoreniach, ako je Alzheimerova choroba a amyotrofická laterálna skleróza. “

Zdroje: