В новом исследовании, опубликованном в PNAS, исследователи из Токийского технологического института и Университета Канадзавы во главе с профессором Хидеки Тагучи решили глубже изучить прионные структуры и их механизмы. Они использовали современную технику микроскопии, называемую высокоскоростной атомно-силовой микроскопией (HS-AFM), разработанную Dr.
Тосио Андо из Университета Канадзавы, чтобы визуализировать образование амилоидных фибрилл Sup35NM в режиме реального времени. Профессор Тагучи поясняет: «В предыдущих исследованиях использовались методы, которые не позволяют проводить одновременную оценку с высоким разрешением структур и динамики, участвующих в олигомеризации и фибрилляции Sup35NM. Чтобы преодолеть это ограничение, мы использовали HS-AFM, который позволяет непосредственно визуализировать молекулы белка в динамическом действии с высоким разрешением."
Для начала исследователи проанализировали мономеры Sup35NM с помощью HS-AFM. Их анализ показал, что молекулы Sup35NM содержат глобулярную структуру с двумя очень гибкими хвостообразными структурами. Затем для наблюдения за олигомерными формами Sup35NM мономеры инкубировали в денатурирующем растворе в контролируемых условиях, что в течение нескольких часов приводило к образованию олигомеров. Дальнейший анализ HS-AFM выявил точный размер этих олигомеров – максимум 3-4 нм, не растут дольше этого.
Таким образом, ученые пришли к выводу, что такой размер может быть неотъемлемым свойством олигомеров в этих условиях.
Затем исследователи перешли к изучению фибриллярных форм Sup35NM. В отличие от олигомеров, фибриллам требовалось гораздо более длительное время инкубации, обычно от 2 до 3 дней.
Кроме того, исследователи заметили, что фибрилла плавно удлиняется без присоединения олигомеров. Эти данные показали, что олигомеры Sup35NM не являются предпосылкой для образования амилоидных фибрилл, что привело ученых к выводу, что олигомеры могут действительно обладать клеточными функциями, отличными от функций Sup35NM.
Наконец, исследователи изучили интересный феномен, при котором олигомеры и фибриллярные структуры, по-видимому, поддерживают межпространственное расстояние или «разрыв».«Они заметили, что ствол фибрилл имеет жесткую структуру, которая отталкивает олигомеры, идущие с боков.
Между тем, зазор между кончиком фибриллы и соседними олигомерами менее выражен, поскольку кончик не имеет таких жестких структур. Это помогло ученым понять, почему амилоидные фибриллы Sup35NM всегда растут в прямом направлении, не образуя ветвей.
Таким образом, эти результаты дают подробный отчет о структурных и функциональных характеристиках прионов дрожжей – в их мономерной, олигомерной и фибриллярной формах. «Наши наблюдения Sup35NM с помощью HS-AFM выявили особенности динамики Sup35NM, обеспечивая механистическое понимание образования амилоидных фибрилл», – заключает профессор Тагучи.
Приносит ли это новое понимание структуры и механизма прионов надежду на эффективные методы лечения нейродегенеративных заболеваний у людей?? Только время покажет, но это исследование, безусловно, делает огромный шаг в этом направлении.