Ученые нашли способ обратить вспять химический процесс, связанный с болезнью Альцгеймера.
Наблюдая за тем, как белок, связанный с болезнью Альцгеймера, слипается в комки, исследователи обнаружили новые данные о роли ионов металлов.
Химик из Орегонского государственного университета и группа студентов-исследователей в режиме реального времени зафиксировали детали химической реакции, связанной с болезнью Альцгеймера. Их работа может помочь в разработке более узконаправленных лекарственных препаратов.
В ходе лабораторных экспериментов команда использовала метод молекулярных измерений, чтобы отследить, как определенные металлы способствуют слипанию бета-амилоидных белков. Эти скопления связаны с нарушением нейронной коммуникации, наблюдаемым у пациентов с болезнью Альцгеймера.
Исследование провела Мэрилин Рамперсад Мацкевич, доцент кафедры химии в Колледже естественных наук Орегонского государственного университета. Помимо наблюдения за тем, как металлы провоцируют слипание белков, исследователи изучали, как соединения, называемые хелаторами, могут препятствовать этому процессу или даже обращать его вспять.
Результаты исследования были опубликованы в журнале ACS Omega.
Понимание болезни Альцгеймера и агрегации белков
Болезнь Альцгеймера — самый распространенный вид деменции. Это хроническое заболевание, которое постепенно ухудшает память и когнитивные способности, поражая миллионы пожилых людей и их семьи. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, болезнь Альцгеймера занимает шестое место среди причин смертности среди людей в возрасте 65 лет и старше.
Характерным признаком заболевания является накопление бета-амилоидных белков в головном мозге. Когда эти белки слипаются, они нарушают связь между нервными клетками. Хотя такие металлы, как медь, необходимы для нормального функционирования мозга, проблемы могут возникнуть, если их уровень выходит за пределы нормы.
«Избыток некоторых ионов металлов, например меди, может взаимодействовать с бета-амилоидными белками, приводя к их агрегации, но в большинстве экспериментов наблюдался только конечный результат, а не сам процесс взаимодействия и агрегации. Мы разработали метод, который позволяет наблюдать за этими взаимодействиями в режиме реального времени, секунда за секундой, и напрямую измерять, как различные молекулы прерывают этот процесс или обращают его вспять» — говорит Мацкевич. Это смещает акцент с вопроса «работает ли что-то?» на вопрос «как и когда это работает?».
Роль хелатирующих агентов
Хелатирующие агенты — это молекулы, которые прочно связываются с ионами металлов. Этот термин происходит от греческого слова, означающего «коготь», и отражает способность этих соединений связывать металлы на молекулярном уровне.
С помощью метода, называемого анизотропией флуоресценции, ученые протестировали два разных хелатирующих агента. Один из них успешно связывался с ионами металлов, но делал это без разбора, не различая металлы, которые способствуют агрегации бета-амилоида, и те, которые не способствуют.
Второй хелатирующий агент вел себя иначе. Он отдавал явное предпочтение связыванию с ионами меди, которые, как считается, играют ключевую роль в накоплении бета-амилоида, связанного с болезнью Альцгеймера.
Значение для разработки методов лечения
«Такое понимание в режиме реального времени того, как формируются и распадаются белковые агрегаты, важно для разработки более эффективных методов лечения и для понимания того, почему некоторые широко используемые химические подходы могут действовать не так, как мы предполагаем, — говорит Мацкевич. — Болезнь Альцгеймера поражает миллионы людей, и хотя до появления клинических методов лечения, основанных на результатах этого исследования, пройдут годы, подобные открытия вселяют надежду при правильном подходе некоторые повреждения мозга могут быть обратимы».
По словам Мацкевич, на следующем этапе исследования полученные результаты будут протестированы на более сложных биологических системах, в том числе на клеточных и доклинических моделях.
«Многие потенциальные методы лечения болезни Альцгеймера терпят неудачу из-за недостаточного понимания того, как происходит агрегация бета-амилоида, — говорит она. Благодаря непосредственному наблюдению и количественной оценке этих взаимодействий наша работа дает представление о том, как создать более эффективные методы лечения».