Peptidnanostrukturer blockerar amyloiduppbyggnad och förbättrar neuronal överlevnad i laboratorietester

Peptidnanostrukturer blockerar amyloiduppbyggnad och förbättrar neuronal överlevnad i laboratorietester

Forskare avslöjar en ny supramolekylär terapi som skyddar mänskliga neuroner från amyloid-inducerad skada och erbjuder nytt hopp för behandling av Alzheimers och relaterade neurodegenerativa sjukdomar.

En nyligen publicerad studie iJournal of the American Chemical SocietyUndersöker rollen av biokompatibla peptidamfifiler för att förhindra felveckning och aggregering av proteiner associerade med neurodegeneration.

Viktiga patologiska egenskaper hos neurodegenerativa sjukdomar

Neurodegenerativa sjukdomar (ND) kännetecknas av neurons död, vilket leder till allvarliga motoriska och kognitiva försämringar. Prevalensen av ND, inklusive Parkinsons sjukdom (PD), Alzheimers sjukdom (AD) och demens, fortsätter att öka över hela världen, vilket ökar bördan på globala hälsosystem.

Proteinaggregation såsom amyloid beta (Aβ) och tau är karakteristiskt för AD, medan alfa-synukleinaggregation sker vid PD. Proteinaggregation leder till bildandet av amyloida protofilament, som kombineras till amyloidfibriller som slutar på olika platser i cellen.

Nuvarande behandlingsstrategier för ND inkluderar inhibering av proteinaggregatbildning, eliminering av felveckade proteiner och modifiering av cellulära svar för att behandla samtidig skada som oxidativ stress.

Innovativa metoder för att behandla ND

Tidigare studier har rapporterat de terapeutiska fördelarna med supramolekylär självmontering av material, särskilt nanomaterial, genom icke-kovalenta interaktioner. Peptidbaserade supramolekylära material är också associerade med flera fördelaktiga egenskaper för biomedicinska tillämpningar, inklusive överlägsen biokompatibilitet, biotillgänglighet och modularitet jämfört med traditionella peptider och proteiner.

Strukturella enheter såsom aminosyrasekvens eller sammansättningsmiljön för peptidamfifiler (PAS) kan modifieras för att ändra styrkan på deras vätebindningar och olika morfologiska egenskaper. Tidigare rapporterade forskare sampolymeriseringskapaciteten hos PA-nanofibrer med olika lösliga peptidsekvenser för att bilda en metastabil supramolekylär sammansättning, vilket kan förbättra leveransen av terapeutiska peptider för att rädda Aβ-relaterad neurotoxicitet.

Trehalos, en icke-reducerande, oladdad disackarid, har nyligen studerats som en proteinföreträdare som kan skydda proteiner från felveckning, denaturering och aggregering. Trehalos aktiverar också autofagi och minskar ackumuleringen av proteinaggregat, vilket förbättrar neurotoxiciteten.

Om studien

Den aktuella studien undersöker de potentiella neuroprotektiva effekterna av trehalos-PA (TPA) för att rädda amyloidrelaterad neurodegeneration. Forskarna antog att funktionalisering med trehalos skulle tillåta TPA att hämma amyloidaggregation och stabilisera fenotyperna hos neuroner som påverkas av amyloidrelaterad neurotoxicitet.

Olika beräkningsmetoder användes för att studera interaktioner mellan ofunktionaliserade PA:er och amyloid beta-1-42-peptid (Aβ42) för att klargöra deras förmåga att förhindra amyloidaggregation. Den terapeutiska potentialen hos TPA utvärderades ytterligarein vitroAnvändning av neuroner härledda från mänskliga inducerade pluripotenta stamceller (IPSC) för att bestämma deras effektivitet för att skydda celler från Aβ42-inducerad neurotoxicitet.

Terapeutisk aktivitet av PA mot neurodegenerativa sjukdomar

Palmitoyl-vvaaee (E2) valdes som den otaliserade ryggraden PA på grund av dess överlägsna biokompatibilitet och förmåga att presentera bioaktiva motiv med optimerad densitet för neuronal applikation. TPA syntetiserades genom att konjugera och sedan funktionalisera en lysinrest vid C-terminalen av E2.

Synkrotronröntgenspridning med liten vinkel (SAXS) användes för att analysera E2- och TPA-aggregat under glödgade och ojämna förhållanden. E2 bildade filamentösa nanostrukturer under båda förhållanden, medan oprövad TPA bildade nanofibrer och TEMEAL TPA bildade små micellära aggregat. TPA nanofibrernas bredd var mindre än E2 nanofibrerna.

Cirkulär dikroism (CD) spektroskopi, lösning synkrotron vidvinkel röntgenspridning (WAXS) och Fourier transform infraröd spektroskopi (FT-IR) analyser visade en högre grad av decotonation av glutaminsyrarester i TPA sammansättningar. Kryogen transmissionselektronmikroskopi (cryo-TEM) och negativ färgning TEM bekräftade de spektroskopiska resultaten, vilket indikerar att båda E2 bildade tvinnade nanofibrer med eller utan glödgning.

VT-experiment (variabel temperatur) visade att smältpunkten för E2-aggregaten var över 80 °C. Ytterligare uppvärmning till 90 °C gjorde att p-arksignaturen för E2 försvann.

TPA-aggregatet var stabilt vid 50 °C, med dess β-arksignatur krympande vid 65 °C, vilket tyder på att TPA-trådformiga sammansättningar är metastabila kinetiska supramolekylära strukturer vid låga temperaturer. Dessutom befanns TPA supramolekylära sammansättningar förändra aggregeringen av Aβ42 och TPA-Aβ42 interaktioner, vilket förändrade morfologin hos nanostrukturen.

Mänskliga motorneuroner (MNS) förblev livskraftiga efter behandling med 30 μm eller mindre TPA. Den monomera Aβ42 inkuberades vid 37 ° C i 16 timmar för att inducera Aβ42-toxicitet, med fyra experimentella TPA-arrangemang som minskade celldöd, vilket indikerar olika nivåer av räddning. Noterbart uppnådde obehandlad TPA den mest effektiva räddningen genom att minska Aβ42-neurotoxiciteten.

Supramolekylära nanostrukturer är ett intressant mål för terapeutiska strategier vid neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers sjukdom och amyotrofisk lateralskleros. "

Källor: