Odkrywanie pochodzenia choroby Alzheimera

Odkrywanie pochodzenia choroby Alzheimera

Badacze z Case Western Reserve University badający priony – nieprawidłowo sfałdowane białka powodujące śmiertelne, nieuleczalne choroby – po raz pierwszy zidentyfikowali cechy powierzchniowe ludzkich prionów odpowiedzialne za ich replikację w mózgu. Ostatecznym celem badań jest pomoc w opracowaniu strategii powstrzymywania choroby prionowej u ludzi – i ostatecznie przełożenie nowych podejść do pracy nad chorobą Alzheimera i innymi chorobami neurodegeneracyjnymi. Naukowcy muszą jeszcze odkryć dokładną przyczynę choroby Alzheimera, ale w dużej mierze zgadzają się, że problemy z białkami odgrywają rolę w jej powstawaniu i postępie. Choroba Alzheimera dotyka ponad 6 milionów ludzi w Stanach Zjednoczonych, a Stowarzyszenie Alzheimera szacuje, że ich opieka będzie kosztować w tym roku około 355 miliardów dolarów. Badania przeprowadzono w Safar Laboratory w Departamencie Patologii i Center for Proteomics and Bioinformatics w Case Western Reserve University School of Medicine oraz w Case Western Reserve’s Center for Synchrotron Bioscience w Brookhaven Laboratories w Nowym Jorku. Pracami kieruje Jiri Safar, profesor patologii, neurologii i neurologii w Case Western Reserve School of Medicine. Raport „Strukturalnie odrębne domeny zewnętrzne napędzają replikację głównych ludzkich prionów” został opublikowany w wydaniu PLOS Pathogens z 17 czerwca. Priony odkryto po raz pierwszy pod koniec lat 80. jako zawierający białko czynnik biologiczny, który mógł replikować się w żywych komórkach bez kwasu nukleinowego. Wpływ na zdrowie publiczne przenoszonych przez ludzi chorób prionowych – a także przenoszenia przez zwierzęta gąbczastej encefalopatii bydła (BSE, „choroba szalonych krów”) – dramatycznie przyspieszył rozwój nowej naukowej koncepcji samoreplikującego się białka. Ludzkie priony mogą wiązać się z sąsiednimi normalnymi białkami w mózgu i powodować mikroskopijne dziury. Zasadniczo zamieniają mózg w struktury przypominające gąbkę i prowadzą do demencji i śmierci. Odkrycia te doprowadziły do ​​trwającej debaty naukowej na temat tego, czy mechanizmy podobne do prionów mogą być zaangażowane w powstawanie i rozprzestrzenianie się innych zaburzeń neurodegeneracyjnych u ludzi. „Choroby związane z ludzkimi prionami są prawdopodobnie najbardziej heterogenicznymi zaburzeniami neurodegeneracyjnymi, a coraz więcej badań wskazuje, że są one powodowane przez różne szczepy ludzkich prionów” – powiedział Safar. „Jednak badania strukturalne ludzkich prionów pozostają w tyle za ostatnimi postępami w prionach laboratoryjnych gryzoni, częściowo ze względu na ich złożoną charakterystykę molekularną i zaporowe wymagania bezpieczeństwa biologicznego niezbędne do badania choroby, która zawsze jest śmiertelna i nie ma leczenia”. Naukowcy opracowali nowy, trzyetapowy proces badania ludzkich prionów: priony pochodzące z ludzkiego mózgu zostały najpierw poddane działaniu wiązki promieniowania rentgenowskiego synchrotronu o wysokiej intensywności. Wiązka ta wytworzyła rodniki hydroksylowe, które przy krótkich błyskach światła selektywnie i progresywnie zmieniały skład chemiczny powierzchni prionów. Do unikalnych właściwości tego typu źródła światła należy jego ogromna intensywność; może być miliony razy jaśniejsze niż światło ze Słońca na Ziemię. Szybkie modyfikacje chemiczne prionów przez krótkie błyski światła monitorowano za pomocą przeciwciał przeciwko prionom. Przeciwciała rozpoznają cechy powierzchni prionów, a spektrometria mas identyfikuje dokładne miejsca różnic specyficznych dla prionów i szczepów, zapewniając jeszcze dokładniejszy opis defektów prionów. Następnie pozwolono na replikację oświetlonych prionów w probówce. Postępująca utrata ich aktywności replikacyjnej w miarę ich modyfikacji przez synchrotron pomogła zidentyfikować kluczowe elementy strukturalne odpowiedzialne za replikację i propagację prionów w mózgu”. i agresywność” – powiedział Mark Chance, prodziekan ds. badań w School of Medicine i współbadacz w tej pracy. „W ten sposób możemy teraz wyobrazić sobie projektowanie małych cząsteczek, które wiązałyby się z tymi miejscami zarodkowania i replikacji oraz blokowały postęp choroby prionowej u pacjentów”. To strukturalne podejście, jak powiedział Chance, dostarcza również szablonu do identyfikacji strukturalnie ważnych miejsc w nieprawidłowo sfałdowanych białkach w innych chorobach, takich jak choroba Alzheimera, która obejmuje propagację białek z komórki do komórki w sposób podobny do prionów. Laboratorium Safar w Case Western Reserve zostało założone w 2008 roku i koncentruje się na pogłębianiu wiedzy na temat chorób neurodegeneracyjnych, co ma kluczowe znaczenie dla opracowywania nowych strategii diagnostycznych i terapeutycznych. Chance jest również dyrektorem Centrum Bionauk Synchrotronowych oraz Centrum Proteomiki i Bioinformatyki w Szkole Medycznej. Zespół badawczy wykorzystał wiązkę promieniowania rentgenowskiego z linii badawczej X-ray Footprinting of Biological Materials (XFP) w National Synchrotron Light Source II (NSLS-II). Linia badawcza XFP jest obsługiwana przez Case Western Reserve University Center for Synchrotron Biosciences we współpracy z NSLS-II – Biurem ds. Nauki Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Case Western Reserve. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.

science