研究人员开发了一种简单的模型系统，能够将与多种疾病（包括阿尔茨海默病和帕金森病）相关的纤维拆解为其各个组成部分或微小的液滴。
美因茨大学和莱顿大学的研究人员开发了一种简单的模型系统，可以将导致多种疾病（包括阿尔茨海默病和帕金森病）的纤维拆解为其各个组成部分或小液滴。
许多疾病，如阿尔茨海默病或帕金森病，其根源在于我们身体内的分子水平，特别是在蛋白质中。在健康状态下，这些蛋白质执行多种生理功能。它们可能聚集在一起以完成特定的任务，然后在这些任务完成后分散。然而，当大量蛋白质结合形成纤维——长而丝状的蛋白质束时，其吸引力变得如此强烈，以至于无法分开。由此产生的斑块可能导致一系列健康问题。例如，如果纤维在大脑中积聚，它们可能会增加颅内压，可能导致神经退行性疾病。
首次实现纤维的分解
纤维的形成在生物和合成场景中通常是不可逆的过程。来自德国美因茨大学（JGU）的Shikha Dhiman教授和来自荷兰莱顿大学的Lu Su教授，成功开发了一种模型系统，将纤维拆解为其各个组成部分或液滴。该项目还涉及两名博士生，分别是美因茨的Mohit Kumar和莱顿的Heleen Duijs。“这是我们首次在没有任何化学反应的情况下逆转这一过程，”Dhiman说。
在纤维内部，非共价键（如氢键）将各个单元结合在一起。虽然这些特定的键单独并不是很强大，但它们的数量众多和组织结构对纤维的稳定性有重要贡献。研究人员应用了一种创新的方法：他们引入了与纤维结合的物质，形成口袋状结构，从而使纤维形成不稳定。“本质上，我们在添加竞争性结合伙伴。这些与单个单位的新结合使得这些单位之间的现有相互作用不足，导致纤维的解体，”Dhiman解释道。
模型系统允许系统性研究
该模型系统一个有趣的方面是其能够系统地分析不同的参数。之前人们认为单个蛋白质结合形成纤维。但这一观点最近被挑战。相反，似乎是几个蛋白质与水和盐聚集在一起，形成液滴，其中蛋白质排列在液滴表面。这是纤维形成的一个关键中间步骤。与纤维不同，这些液滴可以在体内正常发挥功能，甚至可以拆解以释放蛋白质。“我们的模型系统已经绘制出三种形态：单个单位、液滴和纤维，” JGU化学系教授、CoM2Life研究网络高级研究员Shikha Dhiman表示。该网络正在申请德国国家战略竞争中的卓越集群资金。CoM2Life代表“传递生物材料：生命样软材料和生物系统的融合中心。”
创新疗法开发的基础
最终，该模型系统将有助于为各种疾病，特别是阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病开发药物。与复杂的系统如活细胞不同，此模型中的所有变量都可以轻松研究，以解答不同的问题：是什么触发了蛋白质液滴聚集形成纤维？如何调节这一过程？如何将纤维分解为更短的纤维？一旦这些基本问题得到解决，研究人员就可以转向细胞研究——利用活性物质的大规模筛选。“治疗应用的潜力是巨大的，”莱顿学术药物研究中心的助理教授Lu Su强调。“我们预计，从该模型开发的药物将靶向并解体病理纤维，以减轻症状并改善患者的结果。”
