Ионы меди ускоряют развитие болезни Паркинсона

Исследователи из Швейцарского научно-исследовательского института материаловедения и технологий и Лимерикского университета в Ирландии обнаружили, что медь влияет на агрегацию α-синуклеина в человеческом мозге – белка, который играет важную роль в патогенезе болезни Паркинсона. Ученым удалось показать, как белок принимает необычную форму при воздействии большого количества ионов меди. Свои результаты они опубликовали в ACS Chemical Neuroscience.

Credit: ACS Chem. Neurosci


По данным ВОЗ, болезнь Паркинсона занимает второе место в мире по распространенности срединейродегенеративных заболеваний после болезни Альцгеймера. В настоящее время причины болезни Паркинсона до конца не изучены. Начало болезни наступает за несколько лет до того, как становятся заметными ранние симптомы нейродегенерации. По оценкам ученых, приблизительно 10 миллионов человек в мире сейчас живут с болезнью Паркинсона. Одними из факторов окружающей среды, которые способствуют возникновению болезни, могут быть ионы металлов, а именно железа, марганеца и меди.

Команда, которую возглавляет Питер Нирмалрадж (Peter Nirmalraj) из лаборатории Transport at Nanoscale Interfaces, исследует эту гипотезу, используя методы визуализации и спектроскопии, а также в сотрудничестве с командой Дэмиена Томпсона (Damien Thompson) из Университета Лимерика — компьютерное моделирование. Ученым удалось провести наблюдение за α-синуклеиновым (α-Syn) белком, который изначально находился в растворе в течение десяти дней. Сначала из него формировались отдельные нерастворимые нитевидные структуры, которые затем начинали слипаться вместе, образуя плотную сеть фибрилл. Превращение растворимого белка в слипшиеся волокна длиной около 1 микрометра моделируют процессы, происходящие во время прогрессирования заболевания, за которым теперь можно с высокой точностью наблюдать в лаборатории.  

Затем ученые добавляли ионы меди в раствор белка α-Syn, и появлялись совершенно другие структуры — кольцеобразные белковые молекулы размером около 7 нанометров. Олигомеры появлялись в пробирке всего за несколько часов. Существование таких кольцеобразных олигомеров и их повреждающее действие на клетки уже известно. Более того, длинные волокноподобные структуры появились раньше, чем в растворе, не содержащем меди.

Исследователи отмечают, что кольцевидная белковая структура развивается относительно быстро под влиянием меди, что может объяснять начало патологического процесса или его запуск. Ученые также проанализировали молекулярную динамику связывания ионов меди с α-Syn с помощью компьютерного моделирования.

Таким образом, результаты исследования могут помочь в разработке новых стратегий лечения нейродегенеративных заболеваний. Исследователи считают, что олигомерные кольца, образуемые в самом начале трансформации белка, могут использоваться в качестве мишени в новых формах терапии. Также подобные работы могут продвинуть разработку лабораторного теста, который мог бы выявлять заболевание на ранней стадии в жидкостях организма.


Текст: Денис Бурляй

Single-Particle Resolution of Copper-Associated Annular α-Synuclein Oligomers Reveals Potential Therapeutic Targets of Neurodegeneration by Olena Synhaivska et al. in ACS Chem. Neurosci. Published April 2022. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.2c00021

https://doi.org/10.1021/acschemneuro.2c00021