脳疾患の謎を解明する ― タンパク質が固体に閉じ込められるとき

ナノスケールでタンパク質を観察することで、神経変性疾患の治療に関する洞察が得られます。

脳や神経系に影響を与える多くの病気は、細胞内の液体凝縮物からのタンパク質凝集体、つまり固体凝縮物の形成に関連していますが、このプロセスについてはほとんど知られていません。

この液体から固体への変化は、いわゆるアミロイド線維の形成につながる可能性があります。 これらは神経細胞内にプラークを形成し、次のような神経変性疾患を引き起こす可能性があります。 アルツハイマー病。

シドニー大学の生物医学工学者は、ケンブリッジ大学およびハーバード大学の科学者と協力して、これらのタンパク質凝集体が形成されるプロセスを至近距離から監視する高度な光学技術を開発しました。

シドニーの技術者らは、天体物理学者スティーブン・ホーキング教授が罹患している筋萎縮性側索硬化症（ALS）という病気に関連するタンパク質をテストすることで、その液相から固相への移行を注意深く監視した。

24 時間インキュベートした FUS タンパク質凝縮物の 3D 共焦点走査顕微鏡。この研究で明らかになった特徴的なコア – 皮質構造を示しています。 クレジット: f シドニー大学

「これは、神経疾患がどのように発症するかを基本的な観点から理解することに向けた大きな前進です」と、ジャーナル『Neurology』に掲載された研究の主著者であるイー・シン博士は述べた。 米国科学アカデミーの議事録 (PNAS) 米国。

「私たちは現在、これらの重要なタンパク質の液体から固体への転移を直接観察することができます。 ナノスケール 「それは100万分の1メートルです」と生物医工学部の上級講師でシドニー大学ナノ研究所のメンバーであるダニエル・フィギュロ博士は語った。

タンパク質は、人間の胚の形成など、広範囲にわたる重要かつ健康的な生物学的機能において、液相分離中に定期的に凝縮物を形成します。 このプロセスは、タンパク質濃度が重要な生化学反応を助け、健全なタンパク質間の相互作用も促進します。

ヴィゴロとシェーンの研究チーム。 クレジット: シドニー大学

「しかし、このプロセスは機能不全の凝集のリスクも高めます。それによって、人間の細胞内で硬いタンパク質の不健康な凝集体が形成されます」と、化学生体分子工学部のARC DECRAフェローであり、シドニーナノのメンバーであるシェン博士は述べた。 。

「タンパク質が液体の形態に戻る急速な可逆性を示さなくなるため、これは神経変性疾患に関連する異常な構造を引き起こす可能性があります。したがって、凝縮器は疾患の状態に直接影響を与えるため、凝縮器の動態を監視する必要があります」と彼女は述べた。

このプロセスの世界初のナノスケール光学観察により、研究チームは液体タンパク質から固体タンパク質への転移がタンパク質吸着物の界面で始まることを突き止めることができた。 この転移の窓は、これらのタンパク質凝集体の内部構造が、以前は均質であると考えられていたが、不均質であることも明らかにした。

ヴィゴロ博士は次のように述べています。「我々の研究結果は、神経疾患に対する基本的な観点からの理解を大幅に改善することを約束します。

「これは、世界中の何百万もの人々に影響を与えているアルツハイマー病とALSが脳内でどのように進行するかをより深く理解するための、有望な新しい研究分野を意味します。」

参考文献: 「液体から固体への FUS 転移は表面凝縮物によって強化される」Yi Shen、Anqi Chen、Wenyun Wang、Yinan Shen、Francesco Simone Ruggeri、Stefano Aime、Zizhao Wang、Seema Qamar、Jorge R. Espinosa、Adiran Garrizar 著、利用可能こちら: ピーター セント ジョージ ヘスロップ、ロザンナ コリバルド ゲバラ、デビッド A. Weitz、Danielle Figullo、Thomas PJ Knowles、2023 年 8 月 7 日、こちらからご覧いただけます。 米国科学アカデミーの議事録。
土井: 10.1073/pnas.2301366120

この研究は、フランシス・アンド・オーガスタス・ニューマン財団、ウェルカム・トラスト、欧州研究評議会、米国アルツハイマー病協会、ALSカナダ・ブレイン・カナダ、カナダ健康研究所、国立老化研究所から資金提供を受けた。