Rice’s Angel Martí’nin laboratuvarındaki bir araştırmacı, çözelti içinde floresan boya moleküllerinden oluşan bir şişe tutuyor. Martí ve ortak çalışanlar, boya moleküllerinin floresans ömrünü izleyen zamana bağlı spektroskopiyi kullanarak, Alzheimer hastalığıyla ilişkili amiloid-beta birikintileri üzerinde ikinci bir bağlanma bölgesi tanımlayarak yeni tedavilerin geliştirilmesine kapı açıyor. Kredi: Gustavo Raskosky/Rice Üniversitesi
Araştırma, Alzheimer ile ilişkili protein plaklarının önceden inanıldığından daha yapışkan olduğunu ortaya çıkardı.
Rice Üniversitesi’nden bilim adamları bir peptit üzerine yeni bir ışık tutuyor Alzheimer hastalığı ile ilişkili floresan ömür boyu kullanımı yoluyla. Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezlerine göre, Alzheimer hastalığının 2060 yılına kadar ABD’de yaklaşık 14 milyon insanı etkileyeceği tahmin ediliyor.
Angel Martí ve ekibi, amiloid-beta üzerinde alternatif bir bağlanma bölgesine dair deneysel kanıtlar buldu. zamanla çözümlenen spektroskopi ve hesaplamalı kimya kullanan yeni bir yaklaşımla bir araya getirerek, Alzheimer ve amiloid birikintileriyle ilişkili diğer hastalıklar için yeni tedavilerin geliştirilmesine kapı aralıyor.
Çalışma, yakın zamanda Chemical Science dergisinde yayınlandı.
Yakından bir görünüm, bir flüoresan boya molekülünün, amiloid-beta agregatları üzerindeki bilinen ikinci bağlanma bölgesine bağlandığını gösterir. Kredi: Prabhakar Group/Miami Üniversitesi
Beyindeki amiloid plak birikintileri, Alzheimer’ın ana özelliğidir. Kimya, biyomühendislik ve malzeme bilimi ve nanomühendislik profesörü ve fakülte müdürü Martí, “Amiloid-beta, Alzheimer hastalığından muzdarip insanların beyinlerinde toplanarak bu supramoleküler nano ölçekli lifleri veya fibrilleri oluşturan bir peptiddir” dedi. Pirinç Gelişmekte Olan Bursiyer Programı. “Yeterince büyüdüklerinde bu fibriller çökelir ve amiloid plaklar dediğimiz şeyi oluşturur.
Angel Marti, kimya, biyomühendislik, malzeme bilimi ve nanomühendislik profesörüdür ve Rice Üniversitesi’nde fakülte müdürüdür. Gelişmekte Olan Bursiyerler Programı. Kredi: Gustavo Raskosky/Rice University
“Moleküllerin genel olarak amiloid-betaya nasıl bağlandığını anlamak, yalnızca agregalarına daha iyi afinite ile bağlanacak ilaçlar geliştirmek için değil, aynı zamanda serebral doku toksisitesine katkıda bulunan diğer oyuncular kimlerdir? fibrillerden oluşur. Moleküllerin bir spektroskop altında uyarıldıklarında floresan ışıma veya ışık yayma yetenekleri, bağlanma bölgesinin varlığını gösterdi.
Laboratuvarın en son keşfinde kullandığı zamana bağlı spektroskopi, “deneysel bir tekniktir. Moleküllerin heyecanlı bir durumda geçirdikleri zamana bakıyor,” dedi Martí. “Biz molekülü ışıkla uyarıyoruz, molekül ışık fotonlarından gelen enerjiyi emiyor ve uyarılmış bir duruma, daha enerjik bir duruma geçiyor.”
Bu enerji dolu durum, flüoresan ışımasından sorumludur. Martí, “Moleküllerin uyarılmış halde geçirdikleri süreyi ölçebiliriz, buna ömür denir ve bu bilgiyi küçük moleküllerin amiloid-betaya bağlanma dengesini değerlendirmek için kullanırız.” dedi.
Ayrıca Miami Üniversitesi’nden laboratuvar ve işbirlikçileri, ikinci bağlanma bölgesine, amiloid birikintilerine bağlanması beklenmeyen çok sayıda floresan boyanın aslında bağlandığını ortaya çıkardı.
“Bu bulgular, bağlanma bölgelerinin bir haritasını oluşturmamıza olanak sağlıyor. amiloid-beta ve amiloid-beta fibrillerinde bağlayıcı ceplerin oluşumu için gerekli amino asit bileşimlerinin bir kaydı,” dedi Martí.
Çalışma ortak yazarları (dan solda) Utana Umezaki, Zhi Mei Sonia He ve Angel Martí. Kredi: Gustavo Raskosky/Rice Üniversitesi
Zamanla çözümlenen spektroskopinin boya molekülü etrafındaki ortama duyarlı olması, Martí’nin ikinci bağlanma bölgesinin varlığını çıkarmasına olanak sağladı. “Molekül çözelti içinde serbest olduğunda, floresansının bu ortama bağlı olarak belirli bir ömrü vardır. Bununla birlikte, molekül amiloid liflerine bağlandığında, mikroçevre farklıdır ve sonuç olarak floresans ömrü de farklıdır” diye açıkladı. “Amiloid liflerine bağlı molekül için iki farklı floresan ömrü gözlemledik.
“Molekül, amiloid-betadaki benzersiz bir bölgeye değil, iki farklı bölgeye bağlanıyordu. Ve bu son derece ilginçti çünkü önceki çalışmalarımız yalnızca bir bağlanma bölgesini gösteriyordu. Bunun nedeni, daha önce kullandığımız teknolojilerle tüm bileşenleri göremememizdi” diye ekledi.
Keşif, daha fazla deney yapılmasını sağladı. “Sadece tasarladığımız sondayı değil, aynı zamanda inorganik fotokimyada onlarca yıldır kullanılan diğer molekülleri de kullanarak bunu daha fazla incelemeye karar verdik” dedi. “Fikir, negatif bir kontrol, amiloid-beta’ya bağlanmayacak bir molekül bulmaktı. Ancak keşfettiğimiz şey, bu moleküllerin amiloid-beta’ya bağlanmasını hiç beklemediğimiz, aslında amiloid-beta’ya iyi bir afinite ile bağlandığıydı.”
Floresan boya molekülü, bir flüoresan boya molekülüne bağlanır. amiloid-beta protein fibrilindeki ikinci bağlanma bölgesi. Kredi: Prabhakar Grubu/Miami Üniversitesi
Martí, bulguların “diğer amiloid türleri ile ilişkili birçok hastalıkla ilgili çalışmaları da etkileyeceğini söyledi: Parkinson, amyotrofik lateral skleroz (ALS), Tip 2 diyabet, sistemik amiloidoz.”
Amiloid proteinlerinin bağlanma mekanizmalarını anlamak, patojenik olmayan amiloidleri ve bunların ilaç geliştirme ve malzeme bilimindeki potansiyel uygulamalarını incelemek için de yararlıdır.
“Vücudumuz ve vücudumuzun kullandığı fonksiyonel amiloidler vardır. diğer organizmalar, hastalıklarla ilişkili olmayan farklı nedenlerle üretirler,” dedi Martí. “Antibakteriyel etkileri olan amiloidler üreten organizmalar var. Amiloidleri yapısal amaçlarla, bariyerler oluşturmak için üreten organizmalar ve amiloidleri kimyasal depolama için kullanan diğerleri vardır. Patojenik olmayan amiloidlerin incelenmesi, gelişmekte olan bir bilim alanıdır, dolayısıyla bu, bulgularımızın geliştirilmesine yardımcı olabileceği başka bir yoldur.”
Referans: “Zamanla çözülmüş spektroskopi kullanılarak amiloid nanofibrillerdeki bağlanma bölgelerinin çözülmesi”, Bo Jiang, Utana Umezaki, Andrea Augustine, Vindi M. Jayasinghe-Arachchige, Leonardo F. Serafim, Zhi Mei Sonia He, Kevin M. Wyss, Rajeev Prabhakar ve Angel A. Martí, 19 Ocak 2023, Kimya Bilimi.
DOI: 10.1039/D2SC05418C
Araştırma, Ulusal Bilim Vakfı ve Houston doğumlu Rice mezunu ve Louisville Üniversitesi’nde eski kimya profesörü olan merhum Profesör Donald DuPré’nin ailesi tarafından finanse edildi.{4 }