Badania nad ewolucją białek
Nieprawidłowe zwijanie białek i ich gromadzenie we włóknach amyloidu jest cechą charakterystyczną poważnych chorób, takich jak choroba Alzheimera, dziedziczna polineuropatia amyloidowa (FAP, Familial Amyloidotic Polyneuropathy) oraz miażdżyca. Powszechnie wiadomo, że włókna amyloidu mogą pełnić funkcję biologiczną, jednak pozostaje niejasne, dlaczego wiele różnych białek, mających stabilną czwartorzędową strukturę funkcjonalną w normalnych warunkach, może zostać przekształconych w złogi amyloidu bogate w harmonijki β. Istotne pytanie pozostające wciąż bez odpowiedzi, na które starają się odpowiedzieć naukowcy biorący udział w finansowanym ze środków UE projekcie STAMYEV, brzmi: czy mechanizmy molekularne powstawania amyloidu zostały zachowane w procesie ewolucji. „Naszym celem było w pierwszej kolejności opracowanie narzędzi i rozwiązań, których można użyć do badań podstawy molekularnej skłonności białek do przekształcania w amyloid” – mówi Deborah Power, badaczka biorąca udział w projekcie. Choć istnieje wiele badań dotyczących ewolucji genów, przeprowadzono niewiele badań z zakresu ewolucji białek i zmian sekwencji białek, które mogą modyfikować zwijanie białek, ich strukturę i ogólną charakterystykę. „Chcieliśmy dowiedzieć się, dlaczego w procesie ewolucji, uwzględniając negatywny wpływ na zdrowie organizmu, powstawanie amyloidu zostało zachowane lub, w niektórych przypadkach, nawet zwiększyło się” – mówi Power. Apolipoproteina A-I Badanie STAMYEV obejmowało dwa białka modelowe: apolipoproteinę A-I (apoA-I), transporter cholesterolu biorący udział w miażdżycy i dziedzicznej amyloidozie, oraz transtyretynę (TTR), transporter hormonu tarczycy (TH), który powoduje powstawanie amyloidu związanego z dziedziczną polineuropatią amyloidową. Badanie apoA-I obejmowało kilka modyfikacji sekwencji białka i ocenę ich wpływu na zwijanie białka oraz jego stabilność. W tym badaniu uwzględniono mutację apoA-I zidentyfikowaną ostatnio u pacjentów cierpiących na amyloidozę apoA-I. „Mutacja apoA-1 jest unikatowa ze względu na niewielki wpływ na ogólną drugorzędową strukturę białka, jednak nadal zmniejsza jego stabilność” – wyjaśnia Power. Naukowcy zauważyli również, że kilka innych mutacji punktowych w pewnym regionie białka, domenie wiązki heliks, powodowało zmodyfikowane pakowanie aromatycznych łańcuchów bocznych w stosunku do natywnego białka. W ramach tego badania naukowcy zastosowali skróconą wersję białka ApoA-I złożoną wyłącznie z regionu N-końca, która jest bardzo stabilna w porównaniu z wysoce niestabilnym białkiem o pełnej długości. Badania umożliwiły zespołowi badawczemu zweryfikowanie możliwości użycia wariantów skróconych do C-końca jako modeli strukturalnych pozwalających zrozumieć stabilność i skłonność do tworzenia amyloidu przez odpowiadające im białka o pełnej długości. Transtyretyna (TTR) Naukowcy biorący udział w projekcie zbadali również ewolucję białka i jej wpływ na jego strukturę oraz stabilność. Badacze użyli transtyretyny pochodzącej od najstarszych istniejących kręgowców, minogów, oraz leszcza morskiego, porównując je z białkiem ludzkim. „Nasza dogłębna analiza porównawcza stabilności i skłonności do tworzenia amyloidu u trzech odległych ewolucyjnie TTR ujawniła, że w procesie ewolucyjnym od bezżuchwowców do ludzi, TTR zyskała nie tylko skłonność do transportowania TH, ale również w większym stopniu amyloidu oraz, paradoksalnie, większą stabilność termiczną” – mówi Power. Power podkreśla, że te wyniki były kompletnie nieoczekiwane, ponieważ białka o większej stabilności termicznej u ludzi cechowały się większą skłonnością do tworzenia amyloidu. „Prowadzimy obecnie dalsze badania mające na celu lepsze zrozumienie podstawy molekularnej zwiększonej termostabilności i skłonności do tworzenia amyloidu przez TTR u ludzi” – dodaje. Droga do skuteczniejszych terapii Dzięki lepszemu zrozumieniu procesów leżących u podstaw kilku chorób neurodegeneracyjnych występujących często u starzejącej się populacji projekt STAMYEV prawdopodobnie utoruje drogę do identyfikacji nowych i bardziej skutecznych terapii. Ma to szczególne znaczenie w Europie, gdzie średnia wieku ludności jest coraz wyższa. „Koszty chorób amyloidogenicznych dla społeczeństwa są znaczące ze względu na potrzeby związane z opieką zdrowotną i utratą pracy, jak również z powodu negatywnego wpływu na strukturę i funkcjonowanie społeczeństw” – podsumowuje Power. „Spodziewamy się, że prace wykonane w ramach projektu STAMYEV stworzą podstawy dla przyszłych badań mających na celu zapobieganie tworzeniu się amyloidu”.
