Тест на изменение игры прионов, болезней Альцгеймера и Паркинсона находится на горизонте

By Дмитрий Шепелев No comments

Изменяющий игру тест на болезни Приона, Альцгеймера и Паркинсона уже на горизонте
                Иллюстрированная молекулярная модель, изображающая пептоиды (зеленый), связывающиеся с прионным белковым агрегатом (сайты связывания красным). На другом конце пептоиды связаны с магнитным шариком. Кредит: Рон Цукерманн/Беркли Лаб

В настоящее время нет эффективных методов лечения прионных заболеваний, семейства фатальных нейродегенеративных состояний, вызванных скоплениями неправильно свернутых копий природного белка. Но теперь, наконец, есть эффективный способ проверить их.
                                                                                       

Как сообщается в журнале PLOS ONE, команда ученых, которые работают над обнаружением прионов в течение почти 20 лет, продемонстрировали, что их уникальный подход на основе синтетических молекул может изолировать прионные белки в биологические жидкости, взятые у зараженных животных. Это открытие, которое подтверждает, что их тест является единственным опубликованным методом тестирования, способным к быстрому неинвазивному обнаружению прионов у живых объектов, является важной вехой в развитии биомедицинской технологии с далеко идущими приложениями.

«Наши пептоидные гранулы обладают способностью обнаруживать неправильно свернутые белки, которые действуют как инфекционные агенты, поэтому они могут оказать значительное влияние в области прионных заболеваний, но мы также показали, что они могут искать большие агрегированные белки, которые являются возбудителями болезней Альцгеймера и Паркинсона, среди прочих «, — сказал Рональд Цукерманн, пионер пептоидов и один из основателей исследовательской группы. Цукерманн в настоящее время является старшим научным сотрудником Молекулярного литейного завода им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab). «Прионные заболевания встречаются редко, но есть много неправильно сформированных болезней на основе белков, которые поражают миллионы людей, которые также очень плохо изучены. Подобно прионным заболеваниям, нам нужен способ диагностировать эти медленно развивающиеся состояния за годы до появления симптомов «.

Пептоиды — это искусственные соединения, имитирующие пептиды, короткие цепочки аминокислот, которые служат строительными блоками белка. Бусы команды представляют собой крошечные магниты, покрытые пептоидами, которые имитируют часть прионного белка. При добавлении в жидкую пробу пептоидные бусинки защелкиваются на неправильно свернутых прионных белковых агрегатах, но оставляют нормальные белки в покое. «Это как липучка», — сказал соавтор Майкл Коннолли, старший научный инженер группы биологических наноструктур Молекулярного литейного завода. «Агрегированный неправильно свернутый белок имеет несколько крючков — множество сайтов связывания — которые будут прикрепляться к бусинке, которая похожа на комплементарный лист. Но естественный, правильно свернутый белок имеет только один крючок, поэтому его аффинность связывания намного меньше»./р>

После связывания неправильно свернутые белки извлекаются из жидкости магнитным способом, а затем проходят тест под названием анализ неправильно упакованного белка (MPA), который был разработан учеными из Novartis и старшим автором Адриано Агуцци, невропатологом и известным экспертом. при прионных заболеваниях.

«Помимо потенциального выявления бессимптомных носителей болезни, МПА пептоидного шарика может быть оптимизирован для скрининга крови и продуктов крови дешевым и быстрым способом, что очень важно для предотвращения случайной передачи в случае новой Прионовая вспышка болезни «, — говорит первый автор Симона Хорнеманн, старший научный сотрудник группы Агуцци в Институте невропатологии Университетской клиники Цюриха. «Этот анализ также можно изменить, чтобы проверить оленей и лосей на хроническую истощающую болезнь (CWD), прионную болезнь, которая считается глобальной эпидемией у этих животных».

Странный мир прионов

Формально известные как трансмиссивные губчатые энцефалопатии, или TSE, прионные заболевания встречаются у многих видов млекопитающих. Они обычно начинаются, когда по неизвестным причинам прионные белки человека начинают принимать определенную неправильно свернутую форму и через таинственный молекулярный механизм действуют как неостанавливаемые инфекционные агенты, которые побуждают другие нормальные копии прионового белка также принимать неправильно свернутые белки. формировать и склеивать в комки.

            Эта анимация показывает, как специально сконструированные пептоиды — синтетические аналоги пептидов — могут связываться с агрегатами неправильно свернутых прионных белков, которые являются возбудителями болезней при многочисленных фатальных нейродегенеративных заболеваниях. Связанные с крошечными магнитными шариками, пептоиды могут изолировать агрегаты приона (и агрегаты белка, участвующие в других заболеваниях) в образцах жидкостей организма. Эта технология представляет собой огромный прогресс, поскольку в настоящее время не существует эффективных неинвазивных диагностических тестов для заболеваний белковых агрегатов. Кредит: Рональд Цукерман и Мэрилин Чунг/Беркли Лаб

Эти белковые клубки откладываются по всей нервной системе, вызывая паттерн повсеместной гибели клеток, который придает мозговой ткани характерный губчатый вид. Хотя эта «спорадическая» форма является наиболее распространенной, прионные заболевания могут также возникать в результате наследственной генетической мутации в прионном белке или в результате воздействия неправильно уложенного прионного белка от другого человека, в том числе от другого вида.

Когда-то считавшееся отдельными, изолированными медицинскими причудами, научное сообщество начало связывать точки между многими формами прионных заболеваний в середине 20-го века и, наконец, идентифицировало основной прионный белок в 1985 году. Однако даже после этого открытия, разработка диагностических тестов и возможных методов лечения, не говоря уже о изучении состояний, оставалась сложной задачей. Самым большим препятствием является то, что все больные люди имеют чрезвычайно низкие концентрации неправильно свернутого белка в своей крови и других жидкостях, но нормальная форма белка присутствует в изобилии.

Затем, в конце 1980-х годов, значительная вспышка губчатой ​​энцефалопатии крупного рогатого скота (известная как «болезнь коровьего бешенства») у европейского крупного рогатого скота и несколько сотен связанных с ними случаев у людей показали, насколько быстро могут распространяться прионные болезни, учитывая глобальную торговлю биологических продуктов. Эти события побудили медицинское сообщество уделить приоритетное внимание исследованиям в пользу эффективного, массово производимого теста, который можно было бы использовать для выявления присутствия прионов в живых пациентах, продуктах питания и товарах животного происхождения.

Инновационный подход

Именно во время этого неотложного научного движения впервые объединились Цукерман, Коннолли и Агуцци.

«В 90-х годах мы работали в компании, которая теперь является частью Novartis, которая была заинтересована в обнаружении этих типов заболеваний в крови, и в то время это казалось довольно надуманным», — сказал Цукерманн. Помимо того, что он достаточно чувствителен, чтобы изолировать низкие уровни прионов и достаточно специфичен, чтобы не генерировать ложных срабатываний из нормального белка, любой потенциальный связывающий агент должен быть способен противостоять расщепляющим белок ферментам, которые естественным образом циркулируют в крови. «Диагностическая задача звучит просто, потому что это совокупность того же белка, который хочет связать себя, поэтому, если вы просто прикрепите один из его пептидов к шарику или антителу, он должен автоматически связываться», — сказал Цукерманн. Коннолли объяснил: «Но другие группы продолжали сталкиваться с проблемами, потому что эти связывающие белки разрушались до того, как анализ мог быть завершен. Они пришли к Рону и мне, потому что мы показали, что вы можете сделать аналог, который не ухудшается».

После того, как ранние эксперименты с кровью и плазмой оказались многообещающими, авторы предприняли ряд исследований, чтобы формально доказать его эффективность. Благодаря этим исследованиям, которые в конечном итоге привели к текущему исследованию, Цукерман, Коннолли и их сотрудники из Novartis продемонстрировали, что пептоиды будут связываться с различными прионами животных и другими болезнетворными белковыми агрегатами.

В то время как это исследование разворачивалось, в 2006 году Цукерман и Коннолли присоединились к Молекулярному литейному заводу для создания объекта по биологическим наноструктурам. С тех пор они разработали автоматизированный метод синтеза, который может массово производить пептоиды любой желаемой последовательности — уникальная возможность, предлагаемая научному сообществу через пользовательскую программу Молекулярного Литейного завода.

Добавить комментарий