Влияние наночастиц и ионов на формирование β-складчатой структуры в белках амилоида β

Функция и активность белка определяются как его сборкой, так и вторичной структурой. Аномалии, связанные с агрегацией белка или его вторичной структурой, могут приводить к нейродегенеративным заболеваниям. Новое исследование международной команды раскрывает, как фторидные наночастицы (НЧ), используемые для визуализации in vivo, влияют на сборку и структуру белка амилоида β. Результаты — шаг к улучшению лечения и профилактики неврологических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера.

Самосборка белков в биологических системах — яркий пример этого явления. Аномалии во вторичных структурах белков (например, β-складчатый слой) или их агрегации могут приводить к различным заболеваниям, включая болезнь Альцгеймера.

Неорганические наночастицы, такие как фторидные НЧ, перспективны для направленной доставки лекарств и визуализации мозга. Однако их биотоксичность и механизмы взаимодействия с биобелками изучены недостаточно.

Международная команда ученых из Tokyo University of Science (Япония) и Nazarbayev University (Казахстан) исследовала этот вопрос. Исследование, опубликованное в журнале ACS Applied Bio Materials 20 июня 2022 года, было сосредоточено на фрагменте пептида амилоида β в растворе с керамическими фторидными наночастицами CeF₃.

Ключевые методы и результаты:

• Использовалась спектроскопия Фурье-инфракрасного преобразования (FTIR) для прямого наблюдения влияния поверхности НЧ на пептидные связи.
• Вывод: Вблизи поверхности наночастиц пептиды с большей вероятностью формируют β-складчатые структуры. Это эффект гидрофобности: части пептида, отталкиваемые водным раствором, прилипают к наночастицам и легче образуют агрегаты.
• Также изучалось влияние окружающих ионов в растворе. Оказалось, что даже без наночастиц среда влияет на скорость формирования вторичной структуры.
• Этот эффект, обусловленный комбинацией электростатического взаимодействия и водородных связей, усиливался при добавлении наночастиц.
• Важный вывод: Путем тщательного подбора ионов и наночастиц формирование β-складчатого слоя можно либо подавлять, либо стимулировать. Это означает, что процесс поддается контролю и инженерному управлению для устранения нежелательных эффектов.

Экспериментальные результаты были дополнены моделированием методом молекулярной динамики, выполненным командой Nazarbayev University.

Более глубокое понимание взаимодействия белков и наночастиц открывает путь к контролируемым процессам фолдинга белка. Такой контроль может помочь в устранении патологических деформаций белков и способствовать положительным структурным изменениям, что потенциально улучшит профилактику и лечение болезни Альцгеймера.