Wizualizacja w czasie rzeczywistym patogennych zdarzeń związanych z chorobą Alzheimera
Choroba Alzheimera stanowi poważny problem zdrowotny, powodujący utratę zdolności poznawczych i demencję u milionów chorych na całym świecie. Wyróżnia się dwa rodzaje agregatów peptydowych: amyloid beta, występujący w blaszkach amyloidowych, oraz wewnątrzkomórkową mikrotubulę związaną z białkiem tau, która tworzy splątki neurofibrylarne. Coraz więcej dowodów wskazuje, że te agregaty oddziałują na siebie i uszkadzają błonę neuronów, ale mechanizm ten pozostaje nieznany.
Wizualizacja interakcji peptydów amyloidowych z błoną neuronów
Projekt AMNEsIA, realizowany przy wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”, miał na celu wyjaśnienie mechanizmu toksyczności amyloidowych agregatów peptydów. „Naszym celem było zwizualizowanie w nanoskali interakcji peptydów amyloidowych z błonami na przestrzeni czasu”, wyjaśnia Cécile Feuillie, stypendystka programu. We współpracy z Instytutem Chemii i Biologii Błon i Nanoobiektów (CBMN) w Bordeaux, Feuillie wykorzystała mikroskopię sił atomowych (AFM) do zbadania wiązania agregatów beta-amyloidu z dwuwarstwami lipidowymi, które naśladowały błonę neuronów. Równocześnie zespół opracował metodę generowania peptydów amyloidowych o jednorodnej strukturze i sprawdził ich wpływ na docelowe błony. Podejście to pozwoliło na przezwyciężenie dwóch głównych wyzwań: naturalnej złożoności błon biologicznych pod względem składu lipidów oraz heterogenicznego stanu agregacji peptydów amyloidowych. Badacze oceniali wpływ składu, ładunku i gęstości upakowania lipidów błonowych na interakcję peptydu amyloidowego z biomimetycznymi błonami. Mikroskopia AFM zapewniła wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową, potrzebną naukowcom do zobrazowania szybkich zjawisk degradacji błon wywołanych przez oligomery amyloidu. „Po interakcji z peptydami amyloidowymi na błonach obserwowaliśmy w czasie rzeczywistym szybki efekt podobny do detergentu”, mówi Feuillie. Zarówno peptyd beta-amyloidu, jak i białko tau oddziaływały ze specyficznymi lipidami błonowymi, takimi jak gangliozyd GM1 i cholesterol w przypadku beta-amyloidu, zapoczątkowując degradację błony. Wyniki te wyraźnie podkreśliły znaczenie lipidów w toksyczności peptydów amyloidowych występujących w chorobie Alzheimera. Jednocześnie uwidoczniły potrzebę dalszych badań nad obszarami o większym znaczeniu biologicznym, w których kombinacja lipidów jest obecna w docelowych błonach.
Przyszłość mikroskopii AFM w badaniach nad chorobą Alzheimera
W ramach projektu AMNEsIA powstała solidna metodologia oparta na AFM do badania dynamicznych procesów, takich jak interakcje między peptydami a błoną. Poprzez oznaczanie lipidów i peptydów amyloidowych możliwe jest połączenie AFM z mikroskopią fluorescencyjną i udoskonalenie obrazowania takich interakcji. Prace te mają istotne znaczenie dla zrozumienia czynników patogennych, które prowadzą do neurodegeneracji związanej z chorobą Alzheimera, i otwiera drogę do znalezienia nowych celów terapeutycznych. W przyszłości uczeni planują między innymi opracowanie metody wykorzystującej spektroskopię opartą na AFM w celu badania mechanizmu powstawania włókien amyloidowych na poziomie chemicznym. Ponadto, sfunkcjonalizowane sondy AFM przenoszące kowalencyjnie związany peptyd amyloidowy mogą posłużyć do badania interakcji z błoną na poziomie molekularnym. „Projekt AMNEsIA był niezwykle ważny dla działającego przy CBMN zespołu AFM, który obecnie funkcjonuje pod nazwą »Rozwój nanobiotechnologiczny i metodologiczny w dziedzinie AFM«”, dodaje na koniec Feuillie.
Słowa kluczowe
AMNEsIA, AFM, błona neuronu, beta-amyloid, białko tau, choroba Alzheimera, mikroskopia sił atomowych
