Инновационная микроскопия раскрывает структурные секреты бета-амилоидного белка

Накопления бета-амилоида (А-бета) представляют собой клубок белков, которые особенно связаны с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера. Но хотя на это постоянно обращают внимание, исследователям не удалось получить хорошее представление о том, как бета-амилоид собирается и разрушается.

«Трудно понять, как A-бета ведет себя в различных средах, включая человеческий мозг», — сказал Брайан Сан, выпускник электрических систем и инженерии Вашингтонского университета в Сент-Луисе, который сейчас работает над докторской диссертацией в Школе. медицины».

«Существует понимание роста и упадка, которое не было полностью сформулировано», — добавил он.

Ситуация изменится благодаря недавним исследованиям опубликовано Написано Sun с коллегами из лаборатория Мэтью Лью В отделении Престон М. Зеленая школа электротехники и системотехники Инженерной школы МакКелви Вашингтонского университета.

В первой работе такого рода Сан и его коллеги смогли измерить сборки бета-листов амилоидных фибрилл, основных строительных блоков сборки белка, по мере их изменения. Предыдущие исследования, проведенные с использованием микроскопии высокого разрешения, дали только статические снимки.

«Мы хотели конкретно взглянуть на основную структурную динамику А-беты, которая может быть ответственна за наблюдаемые нами изменения, а не только на изменения в общей форме», — сказал Сан, первый автор исследования.

Лу использовал кубики LEGO в качестве аналогии, отметив, что современные технологии визуализации показывают все здание LEGO, но не показывают, как организованы отдельные кубики.

«Отдельные белки всегда меняются в ответ на окружающую среду», — сказал Лю, доцент Гарвардского университета. «Это похоже на то, что некоторые детали Lego заставляют другие части менять форму. Изменение структуры белков и агрегатов, которые слипаются вместе, усложняют нейродегенерацию. болезнь.»

Лаборатория Лу разработала новый тип технологии визуализации, которая позволяет исследователям видеть ориентацию и другие мелкие детали в наноструктурах биологических систем, которые ранее были невидимы. Их метод — микроскопия локализации одиночной молекулярной ориентации (SMOLM) — использует вспышки света от химических зондов для визуализации основных пептидных листов Aβ42, типа A-бета-пептида.

Использование SMOLM позволяет им взглянуть на индивидуальную ориентацию основных бета-листов, чтобы увидеть взаимосвязь между их организацией и то, как она связана с общей структурой амилоидного белка.

Несколько способов перенастройки

Aβ42 постоянно меняется, и первый шаг — попытаться найти способ справиться с этим безумием, модель или способ действия, чтобы предсказать поведение белка.

Теперь, когда лаборатория Лу может проводить эти измерения, они сделали несколько интуитивных наблюдений и обнаружили некоторые скрытые сюрпризы в структуре бета-амилоида.

Как и ожидалось, стабильные структуры Aβ42 имеют тенденцию сохранять стабильные основные бета-листы; Развивающиеся структуры содержат базовые бета-листы, которые по мере продолжения роста становятся более определенными и жесткими. Деградированные структуры демонстрируют все более дезорганизованные и менее жесткие бета-листы. Но они также обнаружили более одного способа регенерации Aβ42.

«Существует несколько различных способов, с помощью которых структуры Aβ42 могут оставаться стабильными или расти и деградировать», — сказал Сан.

Исследователи также обнаружили, что белок Aβ42 может расти и деградировать способами, которые не соответствуют ожиданиям. Например, белок Aβ42 может расти и разлагаться способами, сохраняющими базовую структуру; Иногда по мере накопления пептидов наблюдается рост, но ориентация лежащих в основе бета-листов не меняется. В других случаях белок Aβ42 подвергается «стабильной деградации», где происходит обратное: пептиды уходят, но структура бета-листа сохраняется. Наконец, бета-листы Aβ42 иногда реорганизуются и меняют свою ориентацию без немедленных сопутствующих изменений общей формы. Эти наноструктурные реорганизации могут привести к крупномасштабному ремоделированию в будущем.

«Поскольку SMOLM может отслеживать последующую организацию Aβ42, а не только его форму, мы можем видеть различные типы подтипов ремоделирования, которые невозможно увидеть с помощью методов неконтролируемой визуализации, ограниченных дифракцией», — сказал Сан.

Если это звучит немного загадочно, имейте в виду, что это первая попытка хотя бы взглянуть на эти постоянно меняющиеся наноструктуры. Особо примечательно, что Сан проделал эту работу, одновременно совмещая ограничения, связанные с карантином из-за COVID-19, с нагрузкой на бакалавриат в Вашингтонском университете, который он закончил за три года. Это открывает ему и другим возможность по-настоящему понять структуру амилоида.

На этапе обучения в аспирантуре Сан планирует разработать наноразмерные системы визуализации и датчики, которые смогут выявить скрытые механизмы трудноизлечимых заболеваний.

Сан благодарит McKelvey Engineering и Лабораторию Лью за тщательное обучение, которое сделало возможным это исследование и академический путь, а также MSTP за поддержку его текущих исследований после окончания учебы. «Я очень рад, что мне предстояло это путешествие», — сказал он.

ссылка: Сунь Б, Дин Т, Чжоу В, Портер Т.С., Лью МД. Визуализация одиночной молекулярной ориентации выявляет наноструктуру амилоидных фибрилл, подвергающихся росту и деградации. Нано лайт. 2024;24(24):7276-7283. Хлопнуть: 10.1021/acs.nanolett.4c01263

Эта статья была переиздана со следующего сайта МатериалПримечание. Материал мог быть отредактирован по объему и содержанию. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с указанным источником. С нашей политикой пресс-релизов можно ознакомиться по адресу: здесь.