Многие заболевания, поражающие мозг и нервную систему, связаны с образованием в клетках белковых агрегатов, или твердых конденсатов, из их жидких форм, однако об этом процессе мало что известно.
Этот переход из жидкого состояния в твердое может привести к образованию так называемых амилоидных фибрилл. В дальнейшем они могут образовывать бляшки в нейронах, вызывая нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера.
Биомедицинские инженеры из Сиднейского университета в сотрудничестве с учеными Кембриджского и Гарвардского университетов разработали сложные оптические методы, позволяющие с близкого расстояния наблюдать за процессом образования белковых агрегатов.
Испытывая белок, связанный с боковым амиотрофическим склерозом - болезнью БАС, которой страдал астрофизик Стивен Хокинг, - сиднейские инженеры внимательно следили за переходом этого белка из жидкой фазы в твердую.
"Это огромный шаг вперед в понимании того, как развиваются нейрогенеративные заболевания с фундаментальной точки зрения", - сказал доктор Йи Шен, ведущий автор исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
"Теперь мы можем непосредственно наблюдать переход этих важнейших белков из жидкого состояния в твердое на наноуровне - в масштабе миллионных долей метра", - говорит доктор Даниэле Виголо, старший преподаватель Школы биомедицинской инженерии и сотрудник Наноинститута Сиднейского университета.
Белки регулярно образуют конденсаты при разделении фаз жидкость-жидкость в ходе широкого спектра критических и здоровых биологических функций, например, при формировании эмбриона человека. Этот процесс способствует протеканию биохимических реакций, в которых концентрация белков является критической, а также способствует здоровому взаимодействию белка с белком.
"Однако этот процесс также повышает риск дисфункциональной агрегации, когда в клетках человека образуются нездоровые агрегаты твердых белков", - говорит доктор Шен, который является научным сотрудником ARC DECRA в Школе химической и биомолекулярной инженерии, а также членом Sydney Nano.
"Это может привести к появлению аберрантных структур, связанных с нейродегенеративными заболеваниями, поскольку белки перестают быстро переходить в жидкую форму. Поэтому очень важно отслеживать динамику конденсатов, поскольку она напрямую влияет на патологические состояния".
Первое в мире наноразмерное оптическое наблюдение этого процесса позволило команде определить, что переход от жидкого к твердому белку начинается на границе раздела белковых конденсатов. Это окно в фазовый переход также показало, что внутренние структуры этих белковых агломератов неоднородны, тогда как ранее считалось, что они однородны.
Доктор Виголо сказал: "Полученные нами результаты обещают значительно улучшить наше понимание нейрогенеративных заболеваний с фундаментальной точки зрения. Это означает появление новой перспективной области исследований, позволяющей лучше понять, как развивается болезнь Альцгеймера и БАС в мозге, от которых страдают миллионы людей во всем мире".
University of Sydney, Пер.: PSYCHOL-OK.RU
