Ученые университета Райса обнаружили новый способ заглянуть в живые клетки и увидеть нерастворимые фибриллярные отложения, связанные с болезнью Паркинсона.
Комбинированные таланты двух лабораторий Райса, которые изучают несогласованные белки, которые вызывают нейродегенеративные заболевания, а другой, который специализируется на фотолюминесцентных пробках, привели к спектроскопическому методу, который может стать ценным инструментом для ученых и фармацевтических компаний.
Исследование Райс-лабораторий Ангела Марти и Лауры Сегатори появилось в Интернете в этом месяце в Журнале Американского химического общества.
Исследователи разработали молекулярный зонд на основе металлического элемента рутения. Испытывая внутри живые клетки нейроглиомы, они обнаружили, что зонд связывается с несогласованными альфа-синуклеиновыми белками, которые объединяются и образуют фибриллы и нарушают функции клетки. Рутениевый комплекс освещался при срабатывании лазера, но только при присоединении к фибрилле, что позволило отслеживать агрегацию с помощью спектроскопии фотолюминесценции.
Исследователи, пытающиеся понять молекулярные механизмы рассогласования белка, имели ограниченные альтернативы для мониторинга агрегации белка в клетках, сказал Марти. Зонд, который может контролировать образование агрегатов, должен иметь большое значение в поиске лекарств, которые разрушают фибриллы или препятствуют их образованию.
Два года назад Марти, доцент кафедры химии и биоинженерии, и аспирант Райс Натан Кук показали свои металлические соединения, которые включаются, как лампочка, когда они прикрепляются к неправильно скопившимся белкам; это исследование включало бета-амилоиды, которые формируют бляшки в мозге страдающих болезнью Альцгеймера.
Примерно в то же время Кук подошел к Сегатори, T.N. Юрисконсульта по химико-биомолекулярной инженерии и доцента биохимии и клеточной биологии, чтобы спросить, будет ли она работать в его диссертационном комитете. Они начали говорить о своей работе с Марти, и Сегатори быстро увидел потенциал партнерства.
Сегатори добился значительных успехов в изучении заболеваний, вызванных белками, которые не совпадают и скопляются вместе. Болезни Альцгеймера, Паркинсона и Гоше являются примерами, результатом которых являются генетические мутации или состояния, которые нарушают работу белков и не позволяют им выполнять свои функции.
«Есть несколько соединений, которые вы можете использовать для обнаружения присутствия этих типов агрегатов белка, но ни один из них не сообщил о работе в клетках», – сказал Сегатори. «Когда вы думаете о разработке терапевтической стратегии, вы хотите обнаружить присутствие агрегатов фибрилл в живых клетках или даже у животных. Было очень приятно сотрудничать с кем-то с опытом, чтобы сделать это ».
«Связь между болезнью Паркинсона и Альцгеймера естественна, хотя они очень разные болезни, потому что бета-амилоидные пептиды Альцгеймера являются внеклеточными, а начало болезни Паркинсона связано с альфа-синуклеиновым белком внутри клеток», – сказал Марти. «Мы всегда думали, что можем применить те же методы, которые мы использовали для бета-амилоидов, чтобы исследовать агрегацию других белков.
«Когда мы узнали, что у Лауры есть клетки, которые сверхэкспрессируют альфа-синуклеин, мы думали:« Это прекрасно ». У нее была система, и у нас были зонды, – сказал он.
Сегатори отметил, что рутениевый комплекс не имеет терапевтической пользы для страдающих паркинсоном, но «это шаг к пониманию химии, который, очевидно, поможет в развитии лекарств».
Они видят возможность того, что металлические комплексы могут быть адаптированы для маркировки агрегатов, участвующих в других дегенеративных заболеваниях. «Металлические комплексы похожи на Legos, в том смысле, что вы можете прикрепить все, что хотите, – сказал Кук.
В качестве доказательства принципа исследователи создали клеточную модель in vitro болезни Паркинсона и обнаружили, что их комплексы рутения четко обозначают фибриллярные альфа-синуклеиновые белки в клетках.
«Мы можем использовать его, чтобы проверить наши стратегии, чтобы предотвратить неправильное использование белков или увеличить их деградацию, поэтому они будут устранены», – сказал Сегатори. «Это будет простой инструмент для использования во многих экспериментах».