Naukowcy dokonali przełomowego odkrycia w badaniach nad chorobą Alzheimera, mapując struktury molekularne w ludzkim mózgu za pomocą tomografii krioelektronowej, skupiając się na kluczowych białkach β-amyloidu i tau związanych z demencją. Badanie to, przeprowadzone na Uniwersytecie w Leeds i opublikowane w Naturadostarcza wiedzy na temat sposobu, w jaki białka te zakłócają funkcje mózgu i może utorować drogę nowym podejściu terapeutycznym w przypadku chorób neurologicznych.
Przełomowe badania nad chorobą Alzheimera ujawniają szczegółową strukturę molekularną kluczowych białek mózgowych, dostarczając nowych informacji na temat potencjalnych terapii celowanych.
Naukowcy badający Alzheimera choroby po raz pierwszy odkryły strukturę cząsteczek w ludzkim mózgu. Wyniki opublikowane w Naturaszczegółowo opisują, w jaki sposób badacze wykorzystali kriotomografię elektronową wspomaganą mikroskopią fluorescencyjną do zgłębienia mózgu ofiarowanego przez pacjenta chorego na chorobę Alzheimera.
W ten sposób uzyskano trójwymiarowe mapy, na których można było obserwować w mózgu białka – molekularne elementy składowe życia milion razy mniejsze od ziarenka ryżu. W badaniu skupiono się na dwóch białkach powodujących demencję – „β-amyloidie” – białku tworzącym mikroskopijne lepkie płytki oraz „tau” – innym białku, które w chorobie Alzheimera tworzy nieprawidłowe włókna, które rosną wewnątrz komórek i rozprzestrzeniają się po całym mózgu.
Po lewej, fluorescencyjny obraz amyloidu w kriokonserwowanym pośmiertnym ludzkim mózgu. Środkowa, trójwymiarowa architektura molekularna płytki β-amyloidowej. Po prawej, wewnątrztkankowa struktura włókien tau w mózgu pośmiertnym. Źródło: Uniwersytet w Leeds
Badanie to ujawniło strukturę molekularną tau w tkance, sposób rozmieszczenia amyloidów oraz nowe struktury molekularne uwikłane w tę patologię w mózgu. Demencja jest główną przyczyną zgonów w Wielkiej Brytanii, a choroba Alzheimera jest jej najczęstszą postacią.
Wpływ struktur molekularnych na chorobę Alzheimera
Uważa się, że w chorobie Alzheimera zarówno płytki β-amyloidowe, jak i nieprawidłowe włókna tau zakłócają komunikację komórkową, co prowadzi do takich objawów, jak utrata pamięci i dezorientacja, a także śmierć komórki.
Dr Rene Frank, główna autorka i profesor nadzwyczajny w Szkole Biologii Uniwersytetu w Leeds, powiedziała: „To pierwsze spojrzenie na strukturę cząsteczek wewnątrz ludzkiego mózgu dostarcza dalszych wskazówek na temat tego, co dzieje się z białkami w chorobie Alzheimera, ale także wyznacza eksperymentalną metodę podejście, które można zastosować, aby lepiej zrozumieć szeroką gamę innych wyniszczających chorób neurologicznych”.
W ciągu ostatnich 70 lat kilka tysięcy naukowców na całym świecie zgromadziło obszerny katalog struktur molekularnych, a każdy z nich pracował z białkami w izolacji w probówce. Jednak od dawna wiadomo, że większość funkcji w biologii jest konsekwencją działania orkiestry wielu różnych białek.
Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie w Leeds we współpracy z naukowcami z UMC w Amsterdamie, Zeiss Microscopy i Uniwersytetu w Cambridge stanowi część nowych wysiłków biologów strukturalnych mających na celu badanie białek bezpośrednio w komórkach i tkankach, ich natywnym środowisku – oraz to, w jaki sposób białka współpracują ze sobą i wpływają na siebie nawzajem, szczególnie w ludzkich komórkach i tkankach zniszczonych przez choroby. Istnieje nadzieja, że w dłuższej perspektywie obserwacja wzajemnego oddziaływania białek w tkankach przyspieszy identyfikację nowych celów terapii i diagnostyki opartej na mechanizmach nowej generacji.
Odniesienie: „KryoET β-amyloidu i tau w mózgu pośmiertnej choroby Alzheimera” autorstwa Madeleine AG Gilbert, Nayab Fatima, Joshua Jenkins, Thomas J. O’Sullivan, Andreas Schertel, Yehuda Halfon, Martin Wilkinson, Tjado HJ Morrema, Mirjam Geibel, Randy J. Read, Neil A. Ranson, Sheena E. Radford, Jeroen JM Hoozemans i René AW Frank, 10 lipca 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07680-x
