Strukturálně odlišné polymorfy agregátů Tau odhalené infračervenou spektroskopií v nanoměřítku

Abstraktní

Agregace proteinu tau hraje ústřední roli v několika neurodegenerativních onemocněních souhrnně známých jako tauopatie, včetně Alzheimerovy a Parkinsonovy choroby. Tau se špatně skládá do fibrilárních struktur beta-listu, které tvoří párová spirálová vlákna nacházející se v neurofibrilárních klubkách. Je známo, že v agregátech tau mohou existovat významné strukturální heterogenity spojené s různými nemocemi.

Nicméně, zatímco struktury zralých fibril byly studovány, strukturní distribuce v raném stádiu tau agregátů nejsou dobře pochopeny. V této studii používáme AFM-IR ke zkoumání nanoměřítek spekter jednotlivých tau fibril v různých fázích agregace a demonstrujeme přítomnost více fibrilárních polymorfů, které vykazují různé sekundární struktury. Dále jsme ukázali, že zralé fibrily obsahují významné množství antiparalelních beta listů. Naše výsledky jsou úplně první aplikací infračervené spektroskopie v nanoměřítku na tau agregáty a podtrhují příslib prostorově rozlišené infračervené spektroskopie pro zkoumání agregace proteinů.

Alzheimerova choroba je neurodegenerativní onemocnění s vysokým výskytem a jejími hlavními patologickými rysy jsou závažná ztráta neuronů a synapsí a akumulace -amyloidu ( -amyloid) a Tau proteinu (protein asociovaný s mikrotubuly) v mozku. Tyto proteiny tvoří zralé fibrilové struktury během progrese onemocnění a proteinová vlákna této struktury mohou vést k neuronální smrti a kognitivnímu poklesu. Zralé fibrily hrají závažnější roli při vzniku onemocnění než -amyloid a Tau proteiny. Vznik zralých fibril je totiž koncovým bodem patogenního mechanismu, který dále prohlubuje ztrátu neuronů a synapsí při progresi onemocnění a urychluje progresi onemocnění. Pro výzkum a vývoj léčby Alzheimerovy choroby se proto výzkum a průzkum zralých fibril staly také ohniskem výzkumu. V našem výzkumu jsme zjistili, že Cistanche je účinný při léčbě Alzheimerovy choroby. Cistanche obsahuje velké množství anthokyanů a flavonoidů, které mají silný antioxidační účinek. Tyto složky mohou pomoci snížit produkci volných radikálů a chránit mozkové buňky před oxidačním poškozením, čímž snižují možnost neurodegenerace.

Klikněte na doplněk cistanche deserticola

Klíčová slova

Tau; agregace; Alzheimerova choroba; AFM-IR; IR spektroskopie v nanoměřítku; AFM; struktura fibril; antiparalelní beta listy.

Chybné skládání a agregace tau proteinů do fibrilárních agregátů je patologickým znakem mnoha neurodegenerativních onemocnění nazývaných tauopatie, včetně Alzheimerovy a Parkinsonovy choroby1-5. Tau je protein asociovaný s mikrotubuly (MT), který se chybně skládá do nerozpustných buněčných usazenin nazývaných Neurofibrilární klubka (NFT)1-2, 5-6.

Zatímco dřívější důkazy poukazovaly na potenciální neurotoxicitu NFT, nyní se má za to, že hlavním neurotoxickým druhem jsou prefibrilární oligomerní struktury3, 5-6. Objasnění specifických drah fibrilace tau může poskytnout pohled na mechanismy onemocnění a odhalit potenciální terapeutické cíle pro objevování léků. Bylo vynaloženo značné úsilí na pochopení agregace tau a role různých faktorů, které modulují agregaci1-2, 7-18. Byla také zkoumána úloha jiných amyloidních proteinů, např. amyloidu beta, při změně konformace tau19-21. Je známo, že tau vlákna v NFT mají zkříženou beta strukturu podobnou amyloidním plakům. Komplexní objasnění strukturální evoluce tau, která vede k tvorbě fibril, však zůstává výzvou.

V lidském mozku bylo identifikováno šest různých izoforem tau, které se liší počtem aminokyselinových zbytků2, 5, 22. Dominantní izoforma a fibrilární struktura se může lišit podle onemocnění2, 22. Všechny izoformy tau jsou velké polypeptidy, a proto vykazují strukturní flexibilita. Značná část výzkumného zájmu se proto soustředila na krátké peptidy představující domény vázající mikrotubuly, které jsou kritické pro agregaci tau23-25 namísto proteinů plné délky. Navíc tau a jeho izoformy vykazují polymorfismus: v podstatě stejný peptid agreguje do různých fibrilárních struktur, které se liší nejen morfologií, ale také molekulárním uspořádáním8-9, 26-27. Všechny výše uvedené faktory činí izolaci a strukturální analýzu specifických tau agregátů vytvořených v různých fázích agregace obtížným úkolem. Povaha agregace amyloidu je obecně taková, že generuje množství agregovaných druhů, které jsou přechodné a jsou ve vzájemné rovnováze. Nedávno byl kryo-EM úspěšně aplikován pro řešení tau fibrilárních struktur; jeho aplikace však zůstávají omezeny na v podstatě zralé fibrily, které jsou koncovým bodem agregace, a nikoli meziprodukty9-10.

Zejména strukturní aspekty raných meziproduktů tau nejsou dobře pochopeny. Zlatým standardem pro stanovení sekundární struktury agregátů podobných amyloidu jsou obecně spektroskopické techniky, jako je nukleární magnetická rezonance v pevném stavu (ssNMR) a infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR)15, 28-31. Žádná z těchto technik však není schopna poskytnout prostorové rozlišení v měřítku jednotlivých agregátů a bez prostorového rozlišení je obtížné jednoznačně přiřadit spektrální rysy konkrétním agregátům nebo morfologiím nebo určit, které přechodné druhy se vyvinou do konkrétní morfologie. V podstatě není možné určit, zda pozorované spektrální rysy pocházejí z určitého agregačního stavu nebo ze statistické směsi různých konformací.

V důsledku toho jsou známy pouze průměrné struktury oligomerů a fibril a heterogenity strukturních variací v každém stavu, pokud existují, nejsou dobře pochopeny. Abychom posunuli naše znalosti o agregaci tau a dalších amyloidogenních proteinů za různých podmínek, je nezbytné porozumět struktuře každého člena konformačního souboru v různých fázích agregace. V posledním desetiletí došlo k vývoji nových přístupů ke zlepšení prostorového rozlišení vibrační spektroskopie, které kombinují infračervenou spektroskopii s AFM k dosažení rozlišení v nanometrovém měřítku.

Jeden z nejnověji vyvinutých přístupů založených na AFM využívá fototermální indukovanou rezonanci (PTIR), kde je lokální tepelná roztažnost vyplývající z infračervené absorpce vzorkem snímána hrotem AFM 32-35. Fototermální AFM-IR tak obchází limity rozlišení v konvenční IR mikroskopii použitím hrotu AFM sondy k měření infračervené absorpce. Absorpce záření prostřednictvím rezonanční excitace infračerveného módu vede k tepelné expanzi vzorku, což vytváří impulsní sílu na konzole AFM. Výsledná odezva sondy AFM je úměrná infračervené absorbanci a skenování vlnové délky poskytuje infračervené absorpční spektrum, které odpovídá oblasti nanoměřítek vzorku (obrázek 1).

Na rozdíl od konvenčních optických technik tedy AFM-IR může zkoumat struktury v nanoměřítku s bezprecedentními chemickými detaily a kombinuje to nejlepší z obou světů: prostorové rozlišení AFM a chemické rozlišení infračerveného záření. Zatímco AFM-IR byla použita ke studiu agregátů amyloidogenních peptidů, jako je beta-amyloid a alfa synuklein35-38, nikdy nebyla použita ke studiu agregace tau. V této studii využíváme schopnosti AFM-IR a zkoumáme fibrily tau-441 izomeru v různých fázích agregace, abychom ukázali, že v raných fázích agregace existuje významná heterogenita ve fibrilární struktuře i bez jakýchkoliv významných variací. v morfologii. Naše výsledky vůbec poprvé ukazují, že mohou existovat základní rozdíly v sekundární struktuře fibril, které vykazují stejnou morfologii. Bylo pozorováno mnoho strukturně odlišných polymorfů fibril; jeden strukturálně uspořádanější než ostatní, který je také přechodný a nenachází se ve zralých fibrilách. Dále jsme také ukázali, že tau fibrily mohou obsahovat antiparalelní beta listy, které obvykle nejsou spojeny s fibrilárními morfologiemi.

Abychom porozuměli strukturálnímu vývoji fibril v čase, zkoumali jsme fibrily v různých časových bodech agregace, konkrétně po 3, 5, 10 a 15 dnech agregace. Pro každé měření byly alikvoty naneseny na zlaté substráty a vysušeny pod dusíkem. Topografické snímky AFM tau fibril po 3 dnech inkubace při 37 stupních jsou ukázány na obrázku 2. Obrázek 2A ukazuje reprezentativní shluk fibril. Další snímky AFM jednotlivých fibril ve všech různých fázích agregace jsou uvedeny na obrázku S1-S5. Pro získání celkové distribuce výšky fibril ve vzorku byly změřeny hodnoty výšky jednotlivých fibril a vyneseny jako histogram (obrázek 2B). Data byla proložena Gaussiánem, aby se určila střední hodnota výšky 6,3±0,7 nm. AFM snímky 5-denních fibril a odpovídající analýza výšky jsou ukázány na obrázku 2C-D. Jsou pozorovány jednotlivé fibrily spolu se shluky fibril. Výška fibril je 6,5 ± 0,9 nm, což je blízko k výšce 3-denního vzorku fibril.

Dále byly sondovány tau fibrily s {{0}}denní inkubací (obrázek 2E-F). Jednotlivé fibrily byly pozorovány na zlatém povrchu (obrázek 2E). Průměrná výška 10-denních fibril je 7,2±1,0 nm. Zralé tau fibrily, vytvořené po 15 dnech agregace, jsou znázorněny na obrázku 2G. 15-denní fibrily jsou dlouhé a vzájemně propletené a vytvářejí morfologii podobnou síti. V této fázi agregace již nejsou jednotlivé fibrily viditelné. Průměrná výška fibril je 42,5 ± 40,5 nm (obrázek 2H), což je významně vyšší v porovnání s jinými fibrilami, které byly vytvořeny v dřívějších časových bodech. Široká distribuce výšky fibril ukazuje, že zralé fibrily mají různé hodnoty výšky, na rozdíl od úzké distribuce dřívějších fibril. Zde pozorované fibrilární struktury jsou v souladu s předchozími zprávami AFM o agregaci tau11, 39-40. Dalším důležitým pozorováním z měření AFM je, že tau fibrily generované v roztoku jsou homogenní ve své morfologii.

Jsou rovné, postrádají jakýkoli druh větvení nebo zkroucené konformace, s minimálními změnami výšky v rámci jedné fibrily. Při dozrávání fibril vidíme nárůst výšky fibril, ale nevyvíjejí se žádné nové morfologie. To lze vizualizovat na obrázku S5, kde jsou 3-denní a 10-denní morfologie fibril zobrazeny na barevné mapě duhy, což ukazuje, že mají minimální změny výšky v rámci jedné fibrily. Zatímco fibrily nevykazují žádné významné morfologické rozdíly, nanoškálová IR spektra fibril obsahují významné rozdíly.

Konkrétně u 3-denních fibril pozorujeme tři různé polymorfy fibril s odlišnými spektry. U 5-denních, 10-denních a 15-denních zralých fibril pozorujeme pouze jednu konformaci. Všimli jsme si, že typicky se polymorfismus používá k označení morfologicky odlišných fibril, které se mohou také lišit, pokud jde o molekulární strukturu2, 26; v našem případě je morfologie invariantní, ale fibrily lze na základě jejich spekter rozdělit do tří odlišných podtypů. Pro srozumitelnost označujeme tyto struktury/polymorfy jako typ 1, typ 2 a typ 3 ve zbytku tohoto článku. Reprezentativní infračervená spektra v oblasti amidu-I jsou ukázána na obrázku 3. Spektra jsou průměrem vícenásobných měření provedených podél délky fibril. Další spektra jsou uvedena v podpůrných informacích (obrázek S6). Spektrum 3-denního typu fibril{13}} obsahuje výrazný pík při ~1628 cm-1 a menší rameno při ~1670 cm-1.

Slabý pás je navíc vidět na úrovni ~1740 cm-1. Spektrum fibril typu-2 je výrazně odlišné a obsahuje rozšířený asymetrický amid-I pás se středem ~1650 cm-1. Nad 1700 cm-1 není pozorována žádná významná intenzita. U fibril typu-3 pozorujeme spektrum amidu-I, které je velmi podobné typu-2, s jednou velkou výjimkou: přítomností výrazného pruhu na úrovni ~1738 cm-1. Je zajímavé poznamenat, že spektra fibril, kromě polymorfu typu-1, neobsahují ostrý pík při typických frekvencích beta listu ~1630 cm-1, i když je známo, že fibrilární agregáty jsou v registru paralelní beta povlečení na postel. Širší šířka čáry pozorovaná u fibril typu 2 a typu 3 by kromě chybějícího ostrého píku na frekvencích beta listu indikovala přítomnost strukturální poruchy.

Je zajímavé, že jsme nenašli žádné velké rozdíly ve spektrech podél jedné fibrily (obrázek S5), což naznačuje, že fibrily jsou dobře definované struktury a mají vnitřní strukturální poruchy. V této souvislosti je třeba poznamenat, že existují odchylky ve spektrech podél fibril, zejména u fibril typu -3, jak dokládá větší spektrální směrodatná odchylka (obrázek 3). Hlavní rozdíl mezi těmito třemi podtypy fibril je však v intenzitách pásem 1628 cm-1 a 1738 cm-1. Výše uvedené variace neovlivňují klasifikaci fibril do jednoho nebo druhého podtypu.

5-denní, 10-denní a 15-denní zralé fibrily nevykazují žádnou spektrální heterogenitu a pro každý případ je pozorován jeden polymorf (obrázek 3). Spektrum 5-denních fibril je mírně posunuto (~6 cm-1) k vyšším vlnovým číslům ve srovnání s fibrilami typu 2 a typu 3 a také vykazuje zvýšenou šířku čáry. 10-denní a 15-denní zralé fibrily mají spektra podobná spektru fibril typu 2, přičemž fibrily typu 2 jsou posunuty k vyšším vlnočtům o ~4 cm-1. Všechny 5-denní, 10-denní a 15-denní fibrily postrádají zřetelný vrchol nad 1700 cm-1.

Klíčovým poznatkem ze spekter fibril je, že během raných fází zrání může existovat významná heterogenita ve struktuře fibril a po zrání se fibrily vyvinou do jediné struktury. Je však obtížné přesně porozumět přesným základním strukturálním změnám ze samotné inspekce spekter. Proto, aby se získal další pohled na spektrální a strukturální variace mezi pozorovanými polymorfy, byla spektra dekonvoluována pomocí spektrálního proložení. Amidová I spektra proteinů obvykle obsahují příspěvky z různých sekundárních struktur41-42.

Protože sekundární struktura přispívající ke každému z pozorovaných spekter není přesně známa a priori, obrátili jsme se k druhému derivačnímu spektru, abychom určili počet vrcholů (obrázek S8). Použití druhé derivace spektrálních dat k určení základních píků je ve spektroskopii dobře známá praxe43-44. Použili jsme počet píků ve druhém derivačním spektru a jejich odpovídající frekvence jako výchozí bod pro spektrální přizpůsobení. Výsledky fit pro střední spektra zralých fibril 3-den, 5-den, 10-den a 15-den jsou uvedeny na obrázku 4A-F. Procentuální příspěvky přizpůsobených píku k celkovým spektrům jsou uvedeny na obrázku 4G-L. Spektra jsou normalizována na maximální intenzitu, ale to škáluje každé dílčí pásmo stejně pro dané spektrum. Proto relativní populace pásů, jak je znázorněno na obrázcích 4G-L, nejsou ovlivněny normalizací. Parametry lícování jsou uvedeny v podpůrné tabulce 1.

U fibril typu-1 3-denní tři Gaussova pásma vyhovují oběma spektrům s vysokou věrností se středními frekvencemi 1628 cm-1, 1659 cm-1 a 1670 cm-1. Typ-2 3-denní fibrilové spektrum odpovídá pěti základním pásmům s frekvencemi 1626 cm-1, 1642 cm-1, 1662 cm-1, 1680 cm-1 a 1694 cm-1. Jak lze na základě spektrální podobnosti očekávat, typ-3 fibril se vejde do stejných pěti pásem, ale také vyžaduje další pík v 1736 cm-1. Rozšířením naší spektrální dekonvoluční analýzy na zralejší fibrily vidíme, že 5-denní, 10-denní a 15-denní fibrily všechny v podstatě obsahují stejnou distribuci sekundárních struktur. Všechna 5-denní, 10-denní a 15-denní fibrilová spektra vyžadují šest pásem pro optimální přizpůsobení, přičemž vrchol vysokého vlnového počtu se posune na ~1725 cm-1 a zbývajících pět vrcholů je podobné typu-2 fibril.

Vrchol 1626-1628cm-1 ve všech fitech lze připsat beta listům, což naznačuje, že všechny fibrilární polymorfy obsahují strukturu beta listu28, 30, 41-42. Vrchol 1642 cm-1 obvykle pochází z náhodných cívek, zatímco vrcholy na úrovni ~1660 cm−1 a 1682 cm−1 jsou obvykle přiřazeny beta závitům 41-42. Celkově vzato, spektrální dekonvoluce ukazuje, že po zrání je ve struktuře fibril větší nepořádek, jak dokazuje nárůst píku náhodného klubka vzhledem k píku beta-listu. Přítomnost beta závitů a jejich relativní nárůst, doložený intenzitou proloženého píku 1660 cm-1, je v souladu s očekávanou křížovou beta strukturou fibril. Přítomnost pásů na ~1694cm-1 a ~1725cm-1 je však poněkud neočekávaná. První z nich je obvykle připisován antiparalelním beta listům41-42, 45 a byl pozorován u beta amyloidu45-46 a oligomerů alfa-synukleinu38. Zatímco antiparalelní struktury beta-listu jsou známé pro oligomerní amyloidní sestavy, jejich existence ve fibrilách byla pozorována jen zřídka. 2D IR studie identifikovaly antiparalelní znaky beta-listu v synukleinových fibrilách47; specifické mutanty beta-amyloidu také vykazují antiparalelní strukturu beta-listu47. Naše výsledky jsou podle našich nejlepších znalostí vůbec prvním pozorováním antiparalelních beta listů pro tau agregáty. Antiparalelní pík beta listu viditelně chybí v polymorfu typu -1. To naznačuje, že fibrily mohou zaujmout buď pevnou, dobře uspořádanou strukturu (polymorfní typ-1), což jsou primárně paralelní beta listy, ale zvýšená strukturální flexibilita a/nebo porucha může vést k vytvoření antiparalelních beta listů.

Je však důležité poznamenat, že pík ~1626 cm-1 se typicky významně neposouvá mezi paralelními a antiparalelními beta listy. Naše výsledky proto nevylučují možnost paralelních beta listů v žádné z fibril, kde je pozorován pík ~1694 cm-1. Vrchol při ~1725 cm-1 nelze připsat amidové vibraci páteře a s největší pravděpodobností pochází z COOH úseku postranních karboxylových kyselin41-42. Nedávná práce od Pinta a spolupracovníků prokázala strategie pro výpočet IR spektra karbonylového pásu COOH skupiny kyseliny asparagové pomocí hybridních kvantových/klasických výpočetních metod48. Jejich zjištění ukázala, že protonovaný postranní řetězec se objevuje v oblasti 1700-1780 cm-1 a frekvenční posun o 5-10 cm-1 může být použit jako sonda pro interakci mezi postranním řetězcem a páteř. Sekvence peptidu Tau 441 má více karboxylových kyselin, včetně repetitivních domén vázající mikrotubuly, u kterých bylo prokázáno, že mají vysoký sklon k tvorbě beta listů{14}}.

AFM-IR měření jiných amyloidních agregátů identifikovala podobné píky36, které byly připisovány karboxylovým kyselinám. Tento pás karboxylové kyseliny je však u některých fibril výraznější než u jiných: jeho příspěvek k celkovému vrcholu je nejvýznamnější pouze u typu -3 3-denní fibrily a 5-denní fibrily, jak lze vidět na Obrázek 4. V infračervené spektroskopii vede dipolární uspořádání v uspořádaných strukturách často ke zvýšené intenzitě absorpčních pásů; relevantním příkladem je tvorba uspořádaných beta listů z neuspořádaných peptidů, což vede k ostrým intenzivním pásům při ~1625 cm-1. Přítomnost intenzivních pásů karboxylové kyseliny tedy pravděpodobně vzniká ze strukturního uspořádání postranních řetězců kyseliny glutamové a asparagové. V tau-446 však existuje mnoho karboxylátových postranních řetězců a jejich specifické molekulární interakce a orientace nejsou pro zde pozorované struktury přesně známy.

Dále, intenzita v AFM-IR spektrech je úměrná FTIR32-33, ale numerický korelační faktor mezi AFM-IR a FTIR nebyl pro vibrace karboxylových kyselin zaznamenán. Korelace intenzity píku ke specifickým karboxylovým postranním řetězcům by tedy vyžadovala teoretické výpočty/uvažování AFM-IR odezvy, které jsou nad rámec této práce. V této souvislosti je také důležité poznamenat, že měření AFM-IR se liší od izotropních infračervených spekter získaných v roztoku a spektra naměřená v AFM-IR jsou konvolucí laserové polarizace a konfigurace osvětlení49-50. Proto je obtížné přesně identifikovat strukturální základy tohoto píku a k určení jejich přesného původu je nutný další výzkum. Tomu se chceme v budoucí práci věnovat.

Agregace tau izomerů in vitro byla podrobně zkoumána; struktura časných a/nebo přechodných meziproduktů však není příliš známá. Bylo zjištěno, že oligomerní druhy v agregaci amyloidních proteinů jsou buď na nebo mimo cestu k tvorbě fibril. Protože se předpokládá, že fibrily jsou koncovým bodem agregace, fibrilové struktury, včetně jejich různých polymorfů, nejsou obecně považovány za přechodné nebo mimo dráhu. Je známo, že existuje heterogenita ve fibrilární struktuře, ale je známo, že se projevuje současně s morfologickými variacemi2, 8, 26, 51. Naše výsledky jsou jedinečné v tom, že poukazují na variace v sekundární struktuře fibril, i když neexistují žádné znatelné morfologické rozdíly. . Všimli jsme si, že kromě fibril typu-1 všechna fibrilární spektra obsahují stejnou sadu základních pásů, což naznačuje, že typ-1 fibril je přechodný meziprodukt, který nakonec podléhá strukturální reorganizaci s dozráváním. Další možností je, že tyto uspořádané paralelní polymorfy beta-listu představují strukturu „mimo dráhu“, musí se rozpadnout na monomerní nebo prefibrilární agregáty, aby byly znovu integrovány do fibril „na cestě“. Ve studovaných vzorcích jsme nezjistili žádnou významnou přítomnost nefibrilárních depozit; ty přítomné však měly spektrum, které se více podobalo neuspořádaným fibrilám (obrázek S9). To je v souladu s hypotézou mimo dráhu a naznačovalo by to tedy, že ostatní pozorované 3-denní polymorfy lze považovat za agregáty na dráze.

Je však třeba poznamenat, že zde uvedená spektra fibril nutně nezachycují celý konformační soubor, který převládá během agregace tau. Pro přesné objasnění strukturální evoluce agregátů v raném stadiu do zralých fibril je nezbytná podrobnější analýza kinetiky agregace, kterou se chceme v budoucnu zabývat. Dalším zajímavým pozorováním, které umožňuje AFM-IR, je identifikace antiparalelních beta listů ve zralých fibrilách. Obecně se má za to a bylo to doloženo mnoha studiemi, že amyloidní agregáty v raném stádiu mohou obsahovat antiparalelní strukturu, která se ve zralých agregátech převede na paralelní beta-list secbeta-sheet strukturu. Pozorujeme opačný trend: agregáty v raném stádiu mohou obsahovat uspořádané paralelní beta listy, zatímco zralejší fibrily obsahují antiparalelní beta-listy beta listů, jak dokládají relativní populace odpovídajícího píku (obrázky 4G-L).

V souhrnu jsme pomocí nanoměřítky AFM-IR spektroskopie prokázali, že tau fibrily mohou mít významné strukturální variace, zejména v raných fázích agregace. Heterogenita se projevuje ve formě strukturně odlišných polymorfů, které vykazují podobnou morfologii, ale odlišnou sekundární strukturu. Konkrétně identifikujeme přechodný uspořádaný paralelní beta-sheebeta-list v raném stádiu fibril, který se po zrání vyvine do více neuspořádané struktury fibril, která obsahuje antiparalelní beta listy. Tyto výsledky podtrhují potřebu spojit spektroskopii s prostorově rozlišenou technikou, jako je AFM, protože není možné jednoznačně provést toto určení z prostorově zprůměrovaných technik, jako je FTIR. Experimentální výsledky popsané v této studii ukazují, že fibrilární agregáty tau jsou heterogenní a budoucí práce se bude zabývat tím, zda tyto polymorfy přetrvávají za různých podmínek agregace a v nasazené agregaci z mozkových lyzátů, aby bylo možné pochopit jejich význam v kontextu různých tauopatií.

Doplňkový materiál

Doplňkový materiál naleznete ve webové verzi na PubMed Central.

POTVRZENÍ

Tato práce byla podpořena National Institutes of Health (Cena 1 R35 GM138162 pro AG).

REFERENCE

1. Šimić G; Babić Leko M; Wray S; Harrington C; Delle I; Jovanov-Milošević N; Bažadona D; Buée L; de Silva R; Di Giovanni G; Wischik C; Hof PR Hyperfosforylace a agregace proteinu Tau u Alzheimerovy choroby a jiných tauopatií a možné neuroprotektivní strategie. Biomolekuly 2016, 6 (1), 6–6. [PubMed: 26751493]

2. Li D; Liu C Hierarchické chemické stanovení amyloidních polymorfů u neurodegenerativních onemocnění. Nature Chemical Biology 2021, 17 (3), 237–245. [PubMed: 33432239]

3. Kametani F; Hasegawa M Přehodnocení hypotézy amyloidu a hypotézy Tau u Alzheimerovy choroby. Frontiers in Neuroscience 2018, 12 (25).

4. Iadanza MG; Jackson poslanec; Hewitt EW; Ranson NA; Radford SE Nová éra pro pochopení amyloidních struktur a onemocnění. Nature Reviews Molecular Cell Biology 2018, 19 (12), 755–773. [PubMed: 30237470]

5. Ballatore C; Lee VMY; Trojanowski JQ Tau-zprostředkovaná neurodegenerace u Alzheimerovy choroby a příbuzných poruch. Nature Reviews Neuroscience 2007, 8 (9), 663–672. [PubMed: 17684513]

6. Kolářová M; Garc; #00ED; a-Sierra F; Bartoš A; Říčný J; Ripova D Struktura a patologie Tau proteinu u Alzheimerovy choroby. International Journal of Alzheimer's Disease 2012, 2012, 13.

7. Tapiola T; Alafuzoff I; Herukka SK; Parkkinen L; Hartikainen P; Soininen H; Pirttilä T cerebrospinální tekutina - amyloid 42 a proteiny Tau jako biomarkery patologických změn v mozku Alzheimerova typu. JAMA Neurology 2009, 66 (3), 382–389.

8. MUDr. Mukrasch; Bibow S; Korukottu J; Jeganathan S; Biernat J; Griesinger C; Mandelkow E; Zweckstetter M Strukturní polymorfismus 441-zbytkového Tau při rozlišení jednoho zbytku. PLOS Biology 2009, 7 (2), e1000034.

9. Scheres SHW; Zhang W; Falcon B; Goedert M Cryo-EM struktury tau filamentů. Aktuální názor ve strukturální biologii 2020, 64, 17–25. [PubMed: 32603876]

10. Fitzpatrick AWP; Falcon B; On je; Murzin AG; Murshudov G; Garringer HJ; Crowther RA; Ghetti B; Goedert M; Scheres SHW Cryo-EM struktury tau filament z Alzheimerovy choroby. Příroda 2017, 547 (7662), 185–190. [PubMed: 28678775]

11. Makky A; Bousset L; Madiona K; Melki R mikroskopické zobrazování atomárních sil a nanomechanické vlastnosti šesti Tau izoformních sestav. Biofyzikální časopis 2020, 119 (12), 2497–2507. [PubMed: 33217380]

12. Metrick MA; Ferreira NDC; Saijo E; Kraus A; Newell K; Zanusso G; Vendruscolo M; Ghetti B; Caughey BA jednoduchý ultrasenzitivní test pro detekci a rozlišení tau agregátů Alzheimerovy a Pickovy choroby. Acta Neuropathologica Communications 2020, 8 (1), 22. [PubMed: 32087764]

13. Haili Z; Meng SR; Fan JB; Chen J; Liang Y Fibrilizace lidského Tau je urychlena vystavením vedení prostřednictvím interakce s jeho-330 a jeho-362. PloS one 2011, 6, e25020. [PubMed: 21966400]

14. Von Bergen M; Barghorn S; Li L; Marx A; Biernat J; Mandelkow EM mutace Tau proteinu u frontotemporální demence podporují agregaci párových helikálních vláken zlepšením místní struktury. The Journal of biologické chemie 2002, 276, 48165–74.

15. Mráz B; Ollesch J; Wille H; Diamantová MI konformační diverzita divokých tau fibrolů specifikovaná templovanou změnou konformace. Journal of Biological Chemistry 2009, 284 (6), 3546–3551.

16. Liu W; Hu X; Zhou L; Tu Y; Shi S; Pohled inspirovaný orientací Yao T na molekulární inhibitor agregace Tau pomocí kurkuminu konjugovaného s komplexem Ruthenium (II). The Journal of Physical Chemistry B 2020, 124 (12), 2343–2353. [PubMed: 32130010]

17. Prokopovič DV; Whittaker JW; Muthee MM; Ahmed A; Larini L Vliv fosforylace a pseudofosforylace na raná stádia agregace proteinu Tau spojeného s mikrotubuly. The Journal of Physical Chemistry B 2017, 121 (9), 2095–2103. [PubMed: 28218850]

18. Arya S; Ganguly P; Arsiccio A; Claud SL; Trapp B; Schonfeld GE; Liu X; Lazar Cantrell K; Shea JE; Bowers MT Terminal Capping amyloidogenního Tau fragmentu moduluje jeho sklon k fibrilaci. The Journal of Physical Chemistry B 2020, 124 (40), 8772–8783. [PubMed: 32816481]

19. Rojas AV; Maisuradze GG; Scheraga HA Závislost tvorby agregátů smíšených peptidů Tau a A na sekundární struktuře N-terminální oblasti A. The Journal of Physical Chemistry B 2018, 122 (28), 7049–7056. [PubMed: 29940109]

20. Qi R; Luo Y; Wei G; Nussinov R; Ma BA "Stretching-and-Packing" Cross-Seeding Mechanism může vyvolat agregaci proteinu Tau. The Journal of Physical Chemistry Letters 2015, 6 (16), 3276–3282.

21. Do TD; Economou NJ; Chamas A; Buratto SK; Shea JE; Interakce Bowers MT mezi amyloidovými a Tau fragmenty podporují aberantní agregáty: Důsledky pro toxicitu amyloidu. The Journal of Physical Chemistry B 2014, 118 (38), 11220–11230. [PubMed: 25153942]

22. Buée L; Bussière T; Buée-Scherrer V; Delacourt A; Hof PR Tau proteinové izoformy, fosforylace a role u neurodegenerativních poruch. Brain Research Reviews 2000, 33 (1), 95–130. [PubMed: 10967355]

23. Luo Y; Ma B; Nussinov R; Wei G Strukturální vhled do paradoxu vnitřně neuspořádaného chování, autoacetylační aktivity a agregace proteinu Tau. The Journal of Physical Chemistry Letters 2014, 5 (17), 3026–3031. [PubMed: 25206938]

24. Dong X; Bera S; Qiao Q; Tang Y; Lao Z; Luo Y; Gazit E; Wei G kapalina–kapalina fázová separace proteinu Tau je kódována na monomerní úrovni. The Journal of Physical Chemistry Letters 2021, 12 (10), 2576–2586. [PubMed: 33686854]

25. Goux WJ; Kopplin L; Nguyen AD; únik K; Rutkofsky M; Shanmuganandam VD; Sharma D; Inouye H; Kirschner DA Tvorba přímých a zkroucených vláken z krátkých Tau peptidů. Journal of Biological Chemistry 2004, 279 (26), 26868–26875.

26. Fändrich M; Nyström S; Nilsson KPR; Böckmann A; LeVine H 3.; Hammarström P Polymorfismus amyloidních fibril: výzva pro molekulární zobrazování a terapii. J Intern Med 2018, 283 (3), 218–237. [PubMed: 29360284]

27. Amyloidní vlákna Härd T: tvorba, polymorfismus a inhibice. The Journal of Physical Chemistry Letters 2014, 5 (3), 607–614. [PubMed: 26276617]

28. Martial B; Lefèvre T; Auger M Pochopení tvorby amyloidních fibril pomocí proteinových fragmentů: strukturální výzkumy pomocí vibrační spektroskopie a NMR v pevné fázi. Biophys Rev 2018, 10 (4), 1133–1149. [PubMed: 29855812]

29. Eisenberg DS; Sawaya MR strukturální studie amyloidních proteinů na molekulární úrovni. Annual Review of Biochemistry 2017, 86 (1), 69–95.

30. Moran SD; Zanni MT Jak získat náhled do struktury a tvorby amyloidu z infračervené spektroskopie. The Journal of Physical Chemistry Letters 2014, 5 (11), 1984–1993. [PubMed: 24932380]

31. Tycko R NMR studie v pevné fázi struktury amyloidních vláken. Annual Review of Physical Chemistry 2011, 62 (1), 279–299.

32. Dazzi A; Prater CB AFM-IR: Technologie a aplikace v nanoškálové infračervené spektroskopii a chemickém zobrazování. Chemical Reviews 2017, 117 (7), 5146–5173. [PubMed: 27958707]

33. Dazzi A; Prater CB; Hu Q; Chase DB; Rabolt JF; Marcot C AFM-IR: Kombinace mikroskopie atomových sil a infračervené spektroskopie pro chemickou charakterizaci v nanoměřítku. Appl. Spectrosc. 2012, 66 (12), 1365. [PubMed: 23231899]

For more information:1950477648nn@gmail.com