Medycyna Wiedza

Choroby neurodegeneracyjne

Choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera czy choroba Parkinsona, są spowodowane błędami w składaniu (misfolding) białek lub peptydów, czyli zmianami w ich strukturze przestrzennej. Jest to wynikiem drobnych odchyleń w składzie chemicznym biomolekuł. Naukowcy z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) opracowali prostą i skuteczną metodę wykrywania takiego nieprawidłowego składania we wczesnym stadium choroby. Niewłaściwe składanie ujawnia się na podstawie struktury wysuszonych reszt z roztworów białek i peptydów. Metoda polega na analizie mikrografów za pomocą sieci neuronowych i ma dokładność predykcyjną ponad 99 procent. Wyniki zostały opublikowane w Advanced Materials.

Struktura biochemiczna białek i peptydów determinuje ich funkcje biologiczne. Wiele wskazuje na to, że nawet niewielkie zmiany strukturalne lub przestrzenne mogą sprzyjać rozwojowi chorób. Wiele chorób neurodegeneracyjnych przypisano niewłaściwemu składaniu białek i peptydów, które jest spowodowane takimi zmianami. Kluczową rolę w chorobie Alzheimera odgrywają peptydy amyloidu beta (Aβ42), które różnią się jedną resztą aminokwasową i stanowią dziedziczne mutacje choroby Alzheimera.

Dotychczas nie istniała prosta i dokładna metoda przewidywania mutacji w białkach. W Instytucie Funkcjonalnych Interfejsów (IFG) KIT grupa badawcza kierowana przez profesora Jörga Lahanna opracowała metodę wykrywania błędnego składania poprzez strukturę wysuszonych roztworów białek i peptydów. „Wzory plam były nie tylko charakterystyczne i powtarzalne, ale także skutkowały klasyfikacją ośmiu mutacji z dokładnością predykcyjną przekraczającą 99 procent” – powiedział Lahann, autor badania, opisując wyniki. Grupa wykazała, że kluczowe informacje o pierwotnych i wtórnych strukturach peptydów mogą być uzyskane z plam pozostawionych przez suszenie kropli roztworu peptydu na stałej powierzchni.

Wzory plam jako dokładne odciski palców peptydów

Powiązane historie

Identyfikacja właściwych niefarmakologicznych metod leczenia pacjentów z zaburzeniami pamięci

Choroba Alzheimera i metody terapii antyamyloidowej

Aktywność fizyczna i umysłowa może pomóc zmniejszyć ryzyko demencji

Roztwory białek i peptydów są precyzyjnie umieszczane na szklanych szkiełkach przez automatyczny system pipetowania, aby zapewnić kontrolowane i powtarzalne wyniki. Powierzchnie szkiełek zostały wcześniej przygotowane za pomocą hydrofobowej powłoki polimerowej. Aby przeanalizować złożone wzory plam z wysuszonych kropli, badacze uzyskali obrazy za pomocą mikroskopii polaryzacyjnej. Obrazy były następnie analizowane za pomocą głęboko uczących się sieci neuronowych.

„Ponieważ struktury są bardzo podobne i trudne do rozróżnienia gołym okiem, było zdecydowanie zaskoczeniem, że sieci neuronowe były tak skuteczne” – mówi Lahann o wynikach. „Wzory plam peptydów amyloidu beta służą jako dokładne odciski palców, które odzwierciedlają strukturalną i przestrzenną tożsamość peptydu”. Ta technologia umożliwia identyfikację wariantów Alzheimera z maksymalną rozdzielczością w ciągu kilku minut, według Lahanna.