Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Амилоидные образования отделили от «мусора»

Татьяна Зимина

С увеличением продолжительности жизни болезнь Альцгеймера стала распространённым заболеванием. При этом нейродегенеративном расстройстве происходит постепенная гибель нейронов и, как следствие, возникает деменция. Точный механизм и причины развития недуга пока не открыты, но известно, что в мозге больных происходит образование амилоидных бляшек — патологических скоплений белка между нейронами, что сопровождается их гибелью.

Изображение фибрилл белка Sup35NM при разном увеличении (справа — в укрупнённом масштабе). Фотографии получены с помощью просвечивающего электронного микроскопа в ресурсном центре «Развитие молекулярных и клеточных технологий» Научного парка СПбГУ. Фото из статьи: Kharkov B. B., Podkorytov I. S., Bondarev S. A., Belousov M. V., Salikov V. A., Zhouravleva G. A. and Skrynnikov N. R. (2021), The Role of Rotational Motion in Diffusion NMR Experiments on Supramolecular Assemblies: Application to Sup35NM Fibrils. Angew. Chem. Int. Ed., https://doi.org/10.1002/anie.202102408.
На рисунке представлено распределение по длинам фибрилл, полученное из данных электронной микроскопии и диффузионного ЯМР. В соответствии с новым теоретическим анализом и со здравым смыслом массивные фибриллы можно уверенно отделять от малоразмерного «белкового мусора», используя диффузионный эксперимент ЯМР. Рисунок: Лаборатория биомолекулярного ЯМР СПбГУ.

В структурных особенностях амилоидных отложений исследователи разобрались совсем недавно. Известно, что бляшки состоят из фибрилл — особых нитевидных образований, формируемых амилоидными белками. Но более детальное изучение процесса их образования связано с рядом препятствий. в частности с тем, что в тканях мозга амилоидные фибриллы сосуществуют с другими структурными формами амилоидогенного белка — мономерами, олигомерами (то есть сборками, состоящими из небольшого числа белковых молекул) и протеолитическими фрагментами. Часть этих форм служит «зародышами» для построения новых фибрилл. Анализировать такую смесь довольно трудно, так как, например, при исследовании методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) получается множество спектров, отражающих не только интересующие исследователей фибриллы, но и другие белковые формы. Поэтому специалисты ищут способы, которые бы позволили разделить спектральные сигналы фибрилл и сопутствующих им других структурных форм.

Наиболее простым и очевидным решением представляется так называемый диффузионный фильтр — специальный ЯМР-эксперимент, позволяющий разделять сигналы от тяжёлых фибрилл и остальных (более подвижных) компонентов образца. Но около десяти лет назад сотрудники Кембриджского университета опубликовали две статьи, в которых возможность реализации такого фильтра для образцов амилоидных фибрилл была поставлена под сомнение. Исследователи из Кембриджа утверждали, что вращение массивной фибриллы может оказаться быстрее, чем вращение крошечного мономера, — за счёт того, что при вращательном движении фибриллы на её концах возникает достаточно высокая линейная скорость. После этих публикаций исследования в данной области прекратились.

Сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) под руководством профессора Николая Руслановича Скрынникова, заведующего лабораторией биомолекулярного ядерного магнитного резонанса, проверили выдвинутый кембриджскими коллегами тезис и не только опровергли его, но и создали новую теорию диффузионного эксперимента ЯМР. Причём они описали суть явления тремя методами: аналитическим — вывели компактную формулу, отражающую результаты эксперимента; численным — решили дифференциальное уравнение с помощью подходящего численного алгоритма, а также методом Монте-Карло — компьютерным моделированием случайных перемещений фибриллы в растворе. В итоге все три метода показали фактически идентичные результаты, подтвердив тем самым верность теории. Опираясь на эти результаты, исследователи СПбГУ пришли к выводу, что с помощью диффузионного фильтра можно разделять спектральные сигналы фибрилл и других компонентов амилоидогенного образца и получать их индивидуальные спектры.

Для экспериментальной проверки новой теории был избран белок Sup35, обладающий амилоидогенными свойствами. Используя сегмент этого белка Sup35NM в качестве модельной молекулы, команда исследователей из лаборатории биомолекулярного ЯМР СПбГУ совместно с сотрудниками кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ на практике доказала, что использование диффузионного фильтра в образцах, содержащих амилоидные фибриллы, возможно. Исследователям удалось получить спектр фибрилл, «очищенный» от прочих спектральных сигналов.

Предложенный диффузионный фильтр для экспериментов ЯМР в амилоидогенных системах, как считают авторы исследования, внесёт свой вклад в получение фундаментальных знаний о процессе образования амилоидов (амилоидогенезе), тем самым способствуя поиску действенных лекарств для лечения нейродегенеративных заболеваний.

Статья с результатами исследователей из СПбГУ опубликована в журнале «Angewandte Chemie».

По информации пресс-службы СПбГУ.

Другие статьи из рубрики «Вести из лабораторий»




Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее