Структура показывает, сколько единственного A? Белковые молекулы расположены слоями друг на друга в шахматном порядке и организованы в так называемые протофиламенты. Два из этих протофиламентов спарены друг с другом, образуя фибриллу. Если несколько из этих фибрилл запутываются, это приводит к образованию типичных отложений или бляшек, обнаруживаемых в тканях мозга пациентов с болезнью Альцгеймера.
«Это веха на пути к фундаментальному пониманию амилоидных структур и связанных с ними заболеваний», — объясняет профессор Дитер Уиллболд, директор Института физической биологии Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе и директор Института сложных систем (ICS). -6) Forschungszentrum Julich. «Структура фибрилл отвечает на многие вопросы о механизме роста фибрилл и определяет роль, которую играет целый ряд семейных мутаций, которые приводят к раннему началу болезни Альцгеймера», — говорит Уиллболд.Разрешение 4 ангстрем, соответствующее 0,4 нанометра, достигнутое командой, находится в пределах типичных значений атомных радиусов и длин атомных связей. В отличие от предыдущей работы, модель впервые показывает точное положение и взаимодействия белков.
А? Таким образом, молекулы перепутанных протофиламентов не находятся на одном уровне, но, как застежка-молния, они смещены на половину интервала. Кроме того, структура проясняет расположение и конформацию всех 42 аминокислотных остатков многих индивидуальных A? белковые молекулы впервые.Эта новая и подробная структура обеспечивает новую основу для понимания структурного эффекта ряда генетических модификаций, повышающих риск развития заболевания.
Как теперь видно, они стабилизируют фибриллы, изменяя структуру белка в определенных местах. Это, например, также объясняет, почему в природе у мышей не развивается болезнь Альцгеймера и почему небольшая часть исландской популяции кажется более или менее устойчивой к этой болезни. Их варианты A? различаются на три или один аминокислотный остаток соответственно, что, по-видимому, важно для стабильности фибрилл.
Методологическое разнообразие на высочайшем технологическом уровнеВ отличие от бляшек, которые типичны для болезни, открытой Алоизом Альцгеймером более 100 лет назад, открытая сейчас фибриллярная структура не может быть непосредственно рассмотрена под световым микроскопом. Более года ушло на анализ данных, полученных учеными с помощью криоэлектронной микроскопии в Маастрихтском университете.
Более того, измерения с использованием твердотельной спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и экспериментов по дифракции рентгеновских лучей помогли дополнить и полностью поддержать картину структуры фибрилл и подтвердить полученные данные.«Отдельные изображения в криоэлектронной микроскопии обычно очень зашумлены, поскольку белки очень чувствительны к электронному излучению, и изображения могут быть получены только при очень низкой интенсивности излучения», — объясняет Джун-Проф. Гуннар Шредер из Forschungszentrum Julich и Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе. Используя компьютерную процедуру, он объединил тысячи отдельных изображений и, таким образом, извлек из них структурные данные с высоким разрешением.
«Это этап, который может быть очень сложным, если образец неоднороден, то есть если он состоит из фибрилл различной формы. В прошлом это почти всегда имело место с амилоидными фибриллами и представляло одно из основных препятствий для Однако теперь у нас был довольно уникальный образец с очень однородными фибриллами — 90% из них имели одинаковую форму и симметрию », — говорит Шредер.Доктору Лотару Гремеру из Forschungszentrum Julich и Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе удалось получить образец фибрилл. «Решающим шагом было значительно замедлить рост фибрилл в образце от нескольких часов до нескольких недель. Таким образом, отдельные молекулы A? Получили достаточно времени, чтобы организовать себя в гомогенные фибриллы очень однородным и упорядоченным образом», — добавляет Гремер, который инициировал и координировал исследование.
Исследования образца фибрилл методом твердотельной спектроскопии ядерного магнитного резонанса предоставили дополнительные данные для построения модели и помогли проверить структуру. «ЯМР позволил нам получить дополнительную информацию, например о том, какие аминокислотные остатки образуют солевые мостики, тем самым увеличивая стабильность фибрилл», — объясняет профессор Хенрике Хайзе из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе и Центра биомолекулярного ЯМР Юлиха. Эксперименты по дифракции рентгеновских лучей под руководством профессора Йорга Лабана из Центра структурной системной биологии в Гамбурге дополнительно подтвердили результаты.
Справочная информация: криоэлектронная микроскопия.Криоэлектронная микроскопия — относительно новый метод исследования структуры белковых молекул.
В прошлом ученые в основном использовали рентгеновскую кристаллографию и спектроскопию ядерного магнитного резонанса. В 2015 году криоэлектронная микроскопия была выбрана журналом Nature Methods в качестве метода исследования года на основании достигнутого значительного прогресса. С помощью давно зарекомендовавшего себя метода рентгеновской кристаллографии белки сначала необходимо преобразовать в кристаллическую форму, тогда как с помощью криоэлектронной микроскопии, а также ЯМР-спектроскопии строительные блоки белка можно исследовать в их естественном состоянии. В случае криоэлектронной микроскопии образцы сначала растворяют в воде, затем мгновенно замораживают и, наконец, исследуют с помощью электронного микроскопа.
Этот метод имеет особые преимущества, когда дело доходит до исследования больших структур, состоящих из сотен или тысяч белков.
Создание установки для криоэлектронной микроскопии высокого разрешения в будущем даст ученым в Юлихе возможность исследовать биологические молекулы с помощью этой относительно новой процедуры. Совместная заявка на создание такого объекта уже подана Forschungszentrum Julich и Университетом Генриха Гейне в Дюссельдорфе и известна под аббревиатурой ER-C 2.0.
Предпосылки: разработка лечения болезни АльцгеймераВ дополнение к фундаментальным исследованиям Институт сложных систем Юлиха (ICS-6) также разрабатывает новую стратегию лечения со своим собственным кандидатом на лекарства. В этом году планируется создать дочернюю компанию Priavoid GmbH с миссией продолжить это развитие.
Согласно действующему графику, предполагается, что кандидат в лекарство будет протестирован на людях в рамках фазы 1 исследования в ноябре 2017 года.