В структурных особенностях амилоидных отложений исследователи разобрались совсем недавно. Известно, что бляшки состоят из фибрилл — особых нитевидных образований, формируемых амилоидными белками. Но более детальное изучение процесса их образования связано с рядом препятствий. в частности с тем, что в тканях мозга амилоидные фибриллы сосуществуют с другими структурными формами амилоидогенного белка — мономерами, олигомерами (то есть сборками, состоящими из небольшого числа белковых молекул) и протеолитическими фрагментами. Часть этих форм служит «зародышами» для построения новых фибрилл. Анализировать такую смесь довольно трудно, так как, например, при исследовании методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) получается множество спектров, отражающих не только интересующие исследователей фибриллы, но и другие белковые формы. Поэтому специалисты ищут способы, которые бы позволили разделить спектральные сигналы фибрилл и сопутствующих им других структурных форм.
Наиболее простым и очевидным решением представляется так называемый диффузионный фильтр — специальный ЯМР-эксперимент, позволяющий разделять сигналы от тяжёлых фибрилл и остальных (более подвижных) компонентов образца. Но около десяти лет назад сотрудники Кембриджского университета опубликовали две статьи, в которых возможность реализации такого фильтра для образцов амилоидных фибрилл была поставлена под сомнение. Исследователи из Кембриджа утверждали, что вращение массивной фибриллы может оказаться быстрее, чем вращение крошечного мономера, — за счёт того, что при вращательном движении фибриллы на её концах возникает достаточно высокая линейная скорость. После этих публикаций исследования в данной области прекратились.
Сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) под руководством профессора Николая Руслановича Скрынникова, заведующего лабораторией биомолекулярного ядерного магнитного резонанса, проверили выдвинутый кембриджскими коллегами тезис и не только опровергли его, но и создали новую теорию диффузионного эксперимента ЯМР. Причём они описали суть явления тремя методами: аналитическим — вывели компактную формулу, отражающую результаты эксперимента; численным — решили дифференциальное уравнение с помощью подходящего численного алгоритма, а также методом Монте-Карло — компьютерным моделированием случайных перемещений фибриллы в растворе. В итоге все три метода показали фактически идентичные результаты, подтвердив тем самым верность теории. Опираясь на эти результаты, исследователи СПбГУ пришли к выводу, что с помощью диффузионного фильтра можно разделять спектральные сигналы фибрилл и других компонентов амилоидогенного образца и получать их индивидуальные спектры.
Для экспериментальной проверки новой теории был избран белок Sup35, обладающий амилоидогенными свойствами. Используя сегмент этого белка Sup35NM в качестве модельной молекулы, команда исследователей из лаборатории биомолекулярного ЯМР СПбГУ совместно с сотрудниками кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ на практике доказала, что использование диффузионного фильтра в образцах, содержащих амилоидные фибриллы, возможно. Исследователям удалось получить спектр фибрилл, «очищенный» от прочих спектральных сигналов.
Предложенный диффузионный фильтр для экспериментов ЯМР в амилоидогенных системах, как считают авторы исследования, внесёт свой вклад в получение фундаментальных знаний о процессе образования амилоидов (амилоидогенезе), тем самым способствуя поиску действенных лекарств для лечения нейродегенеративных заболеваний.
Статья с результатами исследователей из СПбГУ опубликована в журнале «Angewandte Chemie».
По информации пресс-службы СПбГУ.
