ข้อมูลเชิงลึกด้านโครงสร้างและหน้าที่ของ -Synuclein Fibril Polymorphism ตอนที่ 3

4.3. -Syn สายพันธุ์ในตัวอย่าง Synnucleinopathy ของมนุษย์

ความแตกต่างทางโครงสร้างและการทำงานที่สังเกตได้ในสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์สามารถตรวจสอบได้โดยการระบุและจำแนกลักษณะไฟบริลโดยตรงจากตัวอย่างผู้ป่วยซินนิวคลีโอพาที

สายพันธุ์รีคอมบิแนนท์หมายถึงจุลินทรีย์สายพันธุ์ที่ได้รับการรวมตัวกันใหม่ในระดับพันธุกรรม มีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านนี้ ทำให้เราได้รับโอกาสมากมาย ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาผลกระทบของสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์ที่มีต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง ผลการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์มีผลดีต่อความจำของมนุษย์

การศึกษาพบว่าสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์อาจส่งผลต่อความสามารถทางปัญญาและความจำของมนุษย์ โดยการปรับปรุงกิจกรรมการเผาผลาญของจุลินทรีย์ในลำไส้ และเพิ่มพืชที่เป็นประโยชน์ในลำไส้ กลไกการสื่อสารของแกนลำไส้และสมองนี้เรียกว่า "ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำไส้และสมอง"

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สายพันธุ์รีคอมบิแนนท์สามารถส่งเสริมการซ่อมแซมอุปสรรคเลือดและสมองโดยการเพิ่มพืชที่เป็นประโยชน์ในลำไส้ ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการทำงานปกติของสมอง นอกจากนี้ สายพันธุ์รีคอมบิแนนท์ยังสามารถเพิ่มการปล่อยโดปามีนและนิวโรเปปไทด์ ซึ่งมีความสำคัญต่อความจำและการเรียนรู้ระยะยาว

ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าผู้คนควรรับประทานอาหารที่มีโปรไบโอติกและพรีไบโอติกสูงมากขึ้น เช่น โยเกิร์ต กาแฟ และอาหารธัญพืชไม่ขัดสี นอกจากนี้ ผู้คนยังสามารถเสริมโปรไบโอติกในลำไส้ได้ด้วยการบริโภคสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์บางสายพันธุ์ ซึ่งจะช่วยส่งเสริมผลของปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำไส้และสมอง

โดยสรุป มีความสัมพันธ์เชิงบวกระหว่างสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์และความทรงจำ ผู้คนควรใช้มาตรการที่มีประสิทธิภาพเพื่อส่งเสริมการสื่อสารระหว่างลำไส้และสมอง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความจำและความสามารถทางปัญญา จะเห็นได้ว่าเราต้องปรับปรุงความจำ และ Cistanche Deserticola สามารถปรับปรุงความจำได้อย่างมาก เนื่องจาก Cistanche Deserticola ยังสามารถควบคุมความสมดุลของสารสื่อประสาท เช่น การเพิ่มระดับของอะเซทิลโคลีนและปัจจัยการเจริญเติบโต สารเหล่านี้มีความสำคัญมากต่อความจำและการเรียนรู้ นอกจากนี้ Cistanche Deserticola ยังช่วยเพิ่มการไหลเวียนของเลือดและส่งเสริมการส่งออกซิเจน ซึ่งช่วยให้สมองได้รับสารอาหารและพลังงานที่เพียงพอ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความมีชีวิตชีวาและความอดทนของสมอง

คลิกรู้อาหารเสริมเพื่อเพิ่มความจำ

หลักฐานแรกของความเครียดที่เกิดจากสมองมาจากการศึกษาเชิงเชื้อโดย Prusineret al [270] ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสารสกัดจากสมองจาก MSA สามารถถ่ายทอดไปยังหนูและเซลล์ดัดแปรพันธุกรรม ส่งผลให้เกิดพยาธิวิทยา -Syn มากมาย [270] ในทางตรงกันข้าม สิ่งนี้ไม่ได้ถูกสังเกตโดยใช้สารสกัดจากสมองจาก PD ซึ่งบ่งชี้ว่าสายพันธุ์ที่ได้มาจาก PD อาจแตกต่างจาก MSA [270]

จากนั้นคำถามก็มาถึง อะไรอาจทำให้ -Syn นำโครงสร้างที่แตกต่างออกไปใน MSA หรือ PD ในหลอดทดลอง สภาวะของสารละลายต่างๆ (เช่น การมีอยู่ของเกลือ) ทำให้เกิดไฟบริลที่มีคุณสมบัติทางโครงสร้างและการทำงานที่แตกต่างกัน [29] ในทำนองเดียวกัน -Syn ยังเผชิญกับสภาพแวดล้อมจุลภาคหลายอย่าง ในสิ่งมีชีวิต ซึ่งส่งผลต่อการรวมตัวของมัน [271]

เซลล์ประสาทโดปามิเนอร์จิคใน PD และ oligodendrocytes ที่ได้รับผลกระทบใน MSA นั้นอยู่ในเซลล์ที่แตกต่างกันและมีสภาพแวดล้อมของเซลล์ที่แตกต่างกัน ลีและเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมภายในเซลล์ที่แตกต่างกันของเซลล์สองเส้นทำให้เกิดการสร้างความเครียดใน MSA และ PD [34] -ซินไฟบริลที่ได้มาจาก GCI ในโอลิโกเดนโดรไซต์ (GCI- -Syn) และ LB ในเซลล์ประสาท (LB- -Syn) ของสมองที่เป็นโรคมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญและมีความสามารถในการเพาะเมล็ดที่แตกต่างกัน [34]

GCI- -สายพันธุ์ Syn มีประสิทธิภาพสูงในการเพาะ -การรวมกลุ่มเมื่อเปรียบเทียบกับ LB- -Syn ดังนั้นจึงมีส่วนทำให้ MSA รุนแรงขึ้น [34] -มวลรวมของซินยังถูกตรวจพบในของเหลวทางชีวภาพ เช่น น้ำไขสันหลัง (CSF) และพลาสมาของผู้ป่วย PD [272,273] -การรวมตัวของ Syn เริ่มต้นหลายปีก่อนที่จะเริ่มแสดงอาการของโรค ดังนั้น การตรวจพบการรวมตัวเหล่านี้ตั้งแต่ระยะแรกอาจช่วยให้สามารถระบุและจำแนกลักษณะเฉพาะของสายพันธุ์เฉพาะในของเหลวเหล่านี้ได้

ในบริบทนี้ การขยายของการรวมกลุ่ม -Syn จากสารสกัดสมองของ PD และผู้ป่วย MSA โดยใช้เทคนิคการขยายวงจรการพับผิดของโปรตีน (PMCA) ได้รับการพัฒนาเมื่อเร็ว ๆ นี้ เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการขยายโปรตีนที่พับผิดในหลอดทดลอง เช่น การขยาย DNA โดย PCR [274] ประกอบด้วยวงจรสลับกันของการฟักตัวและโซนิค ส่งผลให้เกิดการจำลองแบบอะไมลอยด์

ขั้นแรก ปริมาณอะไมลอยด์ปริมาณเล็กน้อยจะถูกบ่มด้วยโปรตีนพื้นเมืองที่มากเกินไปเพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตของโพลีเมอร์ จากนั้น ส่วนผสมของตัวอย่างจะถูกผ่านคลื่นโซนิค ซึ่งจะสลายไฟบริล ส่งผลให้มีนิวเคลียสหลายตัว

นิวเคลียสที่สร้างขึ้นใหม่แต่ละนิวเคลียสจะทำหน้าที่เป็นเมล็ดในรอบถัดไปและกระตุ้นการเติบโตของไฟบริลต่อไป ด้วยวิธีนี้ หลังจากแต่ละรอบ จำนวนเมล็ดจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ และจะช่วยให้ตรวจพบจำนวนนาทีของมวลรวมที่พับผิดที่จุดเริ่มต้น [274] Soto และเพื่อนร่วมงานใช้ PMCA เพื่อขยายผลรวม -Syn จาก CSF ของผู้ป่วยที่ได้รับการวินิจฉัยว่าเป็น PD และ MSA [52]

พวกเขาพบว่าไฟบริลที่ได้จาก PD และ MSA มีคุณสมบัติทางชีวฟิสิกส์และชีวเคมีที่แตกต่างกัน และสอดคล้องกับสายพันธุ์โครงสร้างที่แตกต่างกันของ -Syn [52] ผลรวมของแม้แต่ -Syn ที่ขยายจาก PD และ MSA ที่เป็นเนื้อเดียวกันของสมองได้แสดงให้เห็นว่ามีความเป็นพิษแบบแปรผันและการเสื่อมของระบบประสาทในเซลล์ประสาทโดปามิเนอร์จิกของมนุษย์ ซึ่งสะท้อนถึงความรุนแรงของโรคที่แตกต่างกันที่สังเกตได้ในผู้ป่วย PD และ MSA เนื่องจากสายพันธุ์ที่แตกต่างกันของ -Syn [275]

การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นโดยสรุปว่าสามารถแยกแยะโรคซินนิวคลีโอพาทีได้ตามประเภทของความเครียด -Syn ที่มีอยู่ในสมอง อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนในการตรวจจับมวลรวมเกิดขึ้นเมื่อตรวจพบความแตกต่างระหว่างผู้ป่วยกับผู้ป่วยในโรคเดียวกัน ความแตกต่างในการรวมตัวของ -Syn ที่ขยายจากสารสกัดสมองของผู้ป่วย PD นั้นมากกว่าในสารสกัดสมองของ MSA [276]

สโตรฮาเกอร์ และคณะ รายงานว่าไฟบริลที่ได้มาจาก PD และ MSA ไม่ได้แสดงคุณสมบัติทางโครงสร้างที่ชัดเจนอย่างชัดเจน [276] ตรงกันข้ามกับการค้นพบที่รายงานโดย Soto และเพื่อนร่วมงาน [52]

เหตุผลที่เป็นไปได้สำหรับการสังเกตที่ตัดกันอาจเป็นความแตกต่างในโปรโตคอล PMCA ที่ใช้โดยทั้งสองกลุ่ม [277] นอกจากนี้ Strohaker และคณะ ใช้ขนาดตัวอย่างที่เล็กกว่ากลุ่มของโซโตมาก [52,276] ปัจจัยอื่นๆ เช่น ภูมิหลังทางพันธุกรรมของผู้ป่วย อายุของผู้ป่วยที่เลือก ปริมาณของมวลรวม -Syn ในผู้ป่วยที่แตกต่างกัน การมีอยู่ของส่วนประกอบอื่นๆ ในสารสกัด และบริเวณของสมองซึ่งเป็นจุดที่มีการสกัด ก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน รับผิดชอบต่อความแตกต่างเหล่านี้ [276]

ความขัดแย้งที่คล้ายกันก็มีอยู่ในสาขาพยาธิวิทยาของ AD การค้นพบล่าสุดเกี่ยวกับตัวอย่างเทาว์ที่ได้มาจากสมองชี้ให้เห็นว่าความแตกต่างระหว่างผู้ป่วยกับผู้ป่วยในโครงสร้างของเทาว์ไฟบริลนั้นมีอยู่ในโรคเดียวกัน AD [278] อย่างไรก็ตาม Goedert และเพื่อนร่วมงานได้สังเกตเห็นโครงสร้างชนิดเดียวกันในทุกกรณีของ AD ที่วิเคราะห์มาจนถึงปัจจุบัน โดยบอกว่า tau fibrils จากโรคเดี่ยว (เช่น AD หรือโรค Pick's) ใช้โครงสร้างพับทั่วไป [218,219]

แม้ว่าเหตุผลและปัจจัยที่ขับเคลื่อนความจำเพาะของโครงสร้างนี้ใน tauopathies จะไม่ชัดเจน แต่ก็อาจเนื่องมาจากหลายไอโซฟอร์มของ tau, PTMs, อันตรกิริยากับโมเลกุลโปรตีนอื่นๆ, ปัจจัยร่วม ฯลฯ

เมื่อเร็วๆ นี้ Scheres และ Godert ได้นำเสนอการจำแนกประเภทของเทาฟิบริลแบบเป็นลำดับชั้นจากเทาโอพาทีที่แตกต่างกันโดยพิจารณาจากรอยพับของเส้นใยของพวกมัน [279] ไม่ว่าจะมีการจำแนกประเภทที่คล้ายคลึงกันสำหรับ -Syn fibrils ที่แยกได้จากตัวอย่างโรคซินนิวคลีโอพาทีหรือไม่ ยังคงต้องได้รับการพิจารณา เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีความพยายามอย่างมากในการแก้ไขโครงสร้างของ -Synderived จากสมองมนุษย์โดย Schweighauser และคณะ โดยใช้ Cryo-EM [280]

กลุ่มพบว่าเส้นใย -Syn จากสมองของผู้ป่วย DLB ไม่บิดตัวและบางกว่าเส้นใยที่ได้มาจากสมองของผู้ป่วย MSA [280] ซึ่งสอดคล้องกับการค้นพบก่อนหน้านี้ [3] การขาดการบิดของไฟบริลที่ได้จาก DLB ทำให้ไม่สามารถกำหนดโครงสร้าง 3 มิติโดย cryo-EM และความแตกต่างใน -Syn fibrils ที่ได้มาจาก MSA และผู้ป่วย DLB ถูกวาดขึ้นโดยอาศัยค่าเฉลี่ยคลาสสองมิติ [280]

แม้ว่าเราต้องการโครงสร้างที่มีความละเอียดสูงมากขึ้นที่ได้มาจากผู้ป่วยซินนิวคลีโอพาทีเพื่อให้ได้ข้อสรุปที่ชัดเจน แต่รายงานในปัจจุบันได้เสริมความแข็งแกร่งให้กับข้อเรียกร้องเกี่ยวกับการมีอยู่ของ -Syn ประเภทที่แตกต่างกันของไฟบริล

นอกจากนี้ โครงสร้างของเส้นใย -Syn จากกรณี PD ยังไม่พร้อมใช้งาน แต่การแก้ปัญหาเหล่านี้ในอนาคตสามารถช่วยให้เข้าใจกลไกของโรคได้อย่างมีนัยสำคัญ และสร้างแนวทางการรักษาโรคซินนิวคลีโอนิพาที

5. แบบจำลองโครงสร้างความละเอียดสูงของสายพันธุ์ -Syn Fibril ที่มีอยู่

จนถึงขณะนี้มีการใช้เทคนิคทางชีวฟิสิกส์หลายอย่าง เช่น ssNMR, การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนขนาดเล็ก, EPR, ไดโครอิซึมแบบวงกลม (CD), การแลกเปลี่ยนไฮโดรเจน/ดิวทีเรียม NMR (HDXNMR) และไครโอ-EM เพื่อกำหนดโครงสร้างของ -Syn fibrils ที่ความละเอียดที่แตกต่างกัน

เทคนิคเหล่านี้ได้วางรากฐานของความหลากหลายระดับโมเลกุลในไฟบริล โครงสร้างแบบแผ่นของแกนไฟบริลโดยใช้ ssNMR เผยให้เห็นไฟบริล 2 ตัว รูปแบบ A และรูปแบบ B โดยการกำหนดลำดับของสารตกค้าง 48 ตัวของแกนกลาง [56]

การศึกษานี้ได้ชี้แจงถึงการมีอยู่ของ fibril polymorphs สองชนิดที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากกลไกที่แตกต่างกันของภาวะ fibrillation ในทำนองเดียวกัน โครงสร้างไฟบริลทั้งสองที่ตัดกันคือ 'ริบบิ้น' และ 'ไฟบริล' ที่สร้างขึ้นในหลอดทดลองแสดงให้เห็นความแตกต่างในด้านความยาว การกระจาย และจำนวนขององค์ประกอบของแผ่นงานในโครงสร้างไฟบริลที่วิเคราะห์โดย ssNMR [29]

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความพยายามหลายครั้ง แต่ความแตกต่างของ -Syn fibril polymorphs ในโครงสร้างอะตอมยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด การปฏิวัติของความหลากหลายทางโครงสร้างเกิดขึ้นหลังจากโครงสร้างของ -Syn fibril ได้รับการแก้ไขโดยใช้ cryo-EM ที่ความละเอียดระดับอะตอม Stahlberg และกลุ่มเปิดเผยว่า -Syn fibrils (สารตกค้าง 1–121) ประกอบด้วยโปรโตฟิลาเมนต์ที่เหมือนกันสองชิ้น [61]

แผ่นจากแต่ละโปรโตฟิลาเมนต์จะโต้ตอบและทำให้โครงสร้างมีความเสถียรผ่านรูปทรงของซิปที่ไม่ชอบน้ำ [61] โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สารตกค้าง 50–57 ที่อยู่ที่ส่วนต่อประสานของโปรโตฟิลาเมนต์ยังเป็นที่ตั้งของการกลายพันธุ์ของ PD ในครอบครัว (A53T/V/E), H50Q และ G51D [61] ในเรื่องนี้มีการทำนายว่าการกลายพันธุ์เหล่านี้อาจเปลี่ยนโครงสร้างของไฟบริลลาร์ ส่งผลให้เกิดไฟบริลประเภทต่างๆ

การศึกษาโครงสร้างของ cryo-EM ในภายหลังเกี่ยวกับโครงสร้างของ -Syn แบบเต็มความยาวได้แสดงให้เห็นความแตกต่างใน chirality และการบิดเป็นเกลียว [281] เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างเส้นใย -Syn ที่ถูกตัดทอนของ C-terminal (สารตกค้าง 1–121) [61] เชื่อกันว่าความแตกต่างเหล่านี้ในโครงสร้างของไฟบริลแบบเต็มความยาว (1–140) และไฟบริลที่ถูกตัดปลายด้วย C อาจเนื่องมาจากความหลากหลายของไฟบริล

การพิสูจน์โดยตรงของทฤษฎีเหล่านี้ได้มาจากการศึกษาเชิงน้ำเชื้อล่าสุดที่ใช้ cryo-EM เพื่อวิเคราะห์แบบจำลองของ -Syn fibril polymorphs หลี่และคณะ ระบุโพลีมอร์ฟของไฟบริลสองชนิดคือ 'ร็อด' และ 'ทวิสเตอร์' โดยมีโครงสร้างเคอร์เนลของโปรโตฟิลาเมนต์ทั่วไป แต่มีอินเทอร์เฟซระหว่างโปรโตฟิลาเมนต์ที่แตกต่างกัน [57] โพลีมอร์ฟแบบทวิสเตอร์แสดงส่วนโค้งที่ได้รับคำสั่ง- - ในขณะที่โพลีมอร์ฟแบบแท่งจะรับสิ่งตกค้างเพิ่มเติมเพื่อสร้างเป็น 'แม่ลายกรีกคีย์' ตามที่รายงานโดยกลุ่มอื่นๆ เช่นกัน [55,61,281]

การมีอยู่ของโพลีมอร์ฟในรูปแบบโรและทวิสเตอร์แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างในการอัดแน่นของโครงสร้างเคอร์เนลเดียวกันสามารถนำไปสู่ความหลากหลายได้ มีการสังเกตที่คล้ายกันสำหรับอะไมลอยด์โปรตีนอื่นๆ เช่น -อะไมลอยด์และเทา โดยที่โปรโตฟิลาเมนต์ที่มีโครงสร้างเคอร์เนลเหมือนกันแต่การจัดเรียงที่แตกต่างกันนำไปสู่โครงสร้างโพลีมอร์ฟิก [40,282]

นอกจากนี้ รูปแบบโพลีมอร์ฟิกใหม่สองรูปแบบของ -Syn fibrils ที่สร้างขึ้น ในหลอดทดลอง ซึ่งมีชื่อว่า polymorphs 2a และ2b ตามลำดับ นั้นแตกต่างจากโพลีมอร์ฟที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ 1a และ 1b [57,61,281] ในโพลีมอร์ฟ 1a [61] ปฏิกิริยาระหว่างสารตกค้างที่ ส่วนต่อประสานโปรโตฟิลาเมนต์ถูกสื่อกลางโดยการก่อตัวของเรขาคณิต steric-zipper ที่ไม่ชอบน้ำ ในขณะที่โพลีมอร์ฟ 2a และ 2b พวกมันถูกสื่อกลางโดยสะพานเกลือ [41,61]

การตรวจสอบความแตกต่างเชิงโครงสร้างระหว่างโพลีมอร์ฟ 1a/1b และโพลีมอร์ฟใหม่ 2a/2b อย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้น เผยให้เห็นความแตกต่างเพิ่มเติมในการจัดเรียงของลวดลาย -arch ซึ่งเปลี่ยนส่วนต่อประสานของโปรโตฟิลาเมนต์ระหว่างโพลีมอร์ฟ 1 และ 2 [41]

การศึกษาเหล่านี้เสริมสมมติฐานที่ว่าโปรตีนสารตั้งต้นเดียวกัน -Syn สามารถประกอบกันเป็นโพลีมอร์ฟซินในหลอดแก้วหลายชนิด ซึ่งแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงในแง่ของความละเอียดของอะตอม Goedert และเพื่อนร่วมงานของเขาเพิ่งศึกษาโครงสร้าง cryo-EM ของ tau fibrils ที่ได้มาจากโรคอัลไซเมอร์และโรค Pick's สมองของผู้ป่วย [40,218,219]

พวกเขาพบเส้นใยเทาว์แบบพับที่แตกต่างกันในทั้งสองโรค ซึ่งบ่งชี้ว่ามีความสอดคล้องของเอกภาพที่แตกต่างกันอยู่ในภาวะเทาโอพาธีที่แตกต่างกัน กลุ่มเดียวกันรายงานว่าเส้นใย -Syn สองประเภทคือประเภท I และประเภท II จากสมองของบุคคลที่ทุกข์ทรมานจาก MSA [280] พวกเขาพบว่าเส้นใยแต่ละเส้นประกอบด้วยโปรโตฟิลาเมนต์ที่ไม่เหมือนกันสองชิ้น

ช่องที่เกิดจากการอัดแน่นของโปรโตฟิลาเมนต์ปิดล้อมโมเลกุลเพิ่มเติมที่ยังไม่ได้กำหนด [280] ค่าเฉลี่ยคลาส 2D ยังเผยให้เห็นไฟบริลที่แตกต่างจากผู้ป่วย MSA และ DLB ซึ่งบ่งบอกถึงการมีอยู่ของผู้สอดคล้องที่แตกต่างกันที่เกี่ยวข้องกับซินนิวคลีโอพาที

นอกจากนี้ เป็นเรื่องน่าสนใจที่จะถามว่าไฟบริลที่ได้จากผู้ป่วยมีความคล้ายคลึงกับไฟบริลที่สร้างขึ้น ในหลอดทดลอง ในระดับใดหรือไม่ ลักษณะเฉพาะระดับโมเลกุลและการเปรียบเทียบตัวอย่างไฟบริลที่ได้มาจากสมองกับไฟบริลที่สร้างขึ้น ในหลอดทดลอง เผยให้เห็นว่าทั้งสองนี้มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน [276,280] ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเส้นใยที่ได้มาจาก MSA และเส้นใยสังเคราะห์คือขนาดและการอัดตัวของเส้นใยโปรโตฟิลาเมนต์ในเส้นใย MSA [280]

นอกจากนี้ นักวิจัยยังใช้สภาวะที่รุนแรงเพื่อสร้างและแยกเส้นใยสังเคราะห์ เช่น การกวน ความเข้มข้นของเกลือ ฯลฯ ซึ่งส่งผลต่อการบรรจุและการจัดเรียงแผ่นของเส้นใย [10,283–285] ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นเรื่องยากที่จะเชื่อมโยงผลลัพธ์ในหลอดทดลองกับสถานการณ์ในสิ่งมีชีวิต

ในทางกลับกัน เราอาจได้รับไฟบริลที่ก่อตัวล่วงหน้าจากตัวอย่างที่สกัดจากโรคเท่านั้น แต่อาจไม่เข้าใจว่าพวกมันเกิดขึ้นได้อย่างไร และปัจจัยใดที่ควบคุมการก่อตัวของไฟบริลต่างๆ ในตัวอย่างสมองที่แตกต่างกัน การแยกชนิดพันธุ์ที่เป็นพิษชั่วคราวหรือสารตัวกลางออกจากตัวอย่างสมองเป็นเรื่องท้าทายเพื่อทำความเข้าใจการเกิดโรค

ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องพึ่งพาตัวอย่าง ในหลอดทดลอง เพื่อวิเคราะห์กลไกของการเกิดไฟบริล วิถีทาง และการวิเคราะห์จลนศาสตร์ ในทำนองเดียวกัน เราต้องทดสอบแบบเดียวกันโดยใช้ไฟบริลที่ได้มาจากสมองเพื่อพัฒนาฐานความรู้ที่กว้างขวางมากขึ้น โดยรวมแล้ว โครงสร้างที่มีความละเอียดสูงของ -Syn polymorphs สามารถช่วยเหลือนักวิจัยในการแสวงหาเป้าหมายในการรักษาที่เป็นไปได้

อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างละเอียดเพื่อทำความเข้าใจผลกระทบของสภาวะของเซลล์ การกลายพันธุ์ PTM การมีอยู่ของปัจจัยร่วม ฯลฯ บนโครงสร้าง -Syn fibril และการเชื่อมโยงของ fibril polymorphs ต่างๆ กับความแปรปรวนทางคลินิกที่สังเกตได้ใน PD

6. การกลายพันธุ์ในครอบครัวของ -Syn Form Distinct Fibril Conformations

-Syn oligomerization และการรวมกลุ่มสัมพันธ์กับการเกิดโรค PD จนถึงขณะนี้มีการค้นพบการกลายพันธุ์แบบ missense เจ็ดครอบครัวในยีน SNCA ซึ่งเกี่ยวข้องกับ PD ที่เริ่มมีอาการตั้งแต่ต้นและปลาย [83–90]

ในบรรดาการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับ PD เหล่านี้, การกลายพันธุ์ E46K, H50Q, A53T และ A53V ที่ถูกค้นพบใหม่เร่งอัตราการรวมกลุ่ม -Syn ในขณะที่การกลายพันธุ์ A30P, G51D และ A53E ชะลอจลนพลศาสตร์การรวมกลุ่ม ในหลอดทดลอง [91,93,96] อย่างไรก็ตาม การเชื่อมโยงระหว่างอัตราการรวมตัว (ในหลอดทดลอง) และอายุที่เริ่มมีอาการ (ในร่างกาย) ไม่ได้ตรงไปตรงมา [103]

แม้ว่าโอลิโกเมอร์จะเกิดขึ้นในช่วงแรกของจลนพลศาสตร์การรวมตัวอาจเป็นพิษ [286] มีเพียง A30P เท่านั้นที่แสดงโอลิโกเมอร์ไรเซชันที่เร็วกว่าและชะลอการแปลงโอลิโกเมอร์เป็นไฟบริล [102] ในทางกลับกัน G51D มีโอลิโกเมอไรเซชันช้าและการสร้างไฟบริลช้า [287,288] แต่ยังสัมพันธ์กับการเกิดโรคในระยะเริ่มแรก

เนื่องจากความซับซ้อนในพฤติกรรมของการกลายพันธุ์ในครอบครัว จึงเป็นเรื่องท้าทายในการสร้างกลไกที่เป็นหนึ่งเดียวกันซึ่งทำให้เกิดโรค รายงานก่อนหน้านี้ได้ชี้ให้เห็นว่า -Syn ใช้โครงสร้างแบบเกลียวเมื่อจับกับเยื่อหุ้ม ในร่างกาย [289,290]

การเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนเดี่ยวใดๆ ในโดเมนปลาย N ของ -Syn อาจเปลี่ยนแปลงความสามารถในการจับกับเมมเบรนและเพิ่มความเข้มข้นของไซโตซิลิกของโปรตีนโดยส่งเสริมการรวมตัวเร็วขึ้น [291,292] ข้อมูลการจับกับเมมเบรนของการกลายพันธุ์ในครอบครัว -Syn จากห้องปฏิบัติการของเรา [92] และอื่น ๆ [110,288,292,293] แสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์ H50Q, A53T และ E46K แสดงการจับกับเมมเบรนที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่การกลายพันธุ์ A53E, G51D และ A30P แสดงการจับกับเมมเบรนลดลง

สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่า ในทำนองเดียวกันกับการรวมตัว ความสามารถในการจับกับเยื่อหุ้มเซลล์ไม่มีความสัมพันธ์ภายในแนวโน้มของโรคที่เพิ่มขึ้นโดยการกลายพันธุ์ -Syn ในครอบครัว ดังนั้นจึงขาดความสัมพันธ์ระหว่างการรวมกลุ่มและความสามารถในการจับกับเยื่อหุ้มเซลล์กับการเกิดโรคที่เกิดขึ้นจริงที่เกิดจากการกลายพันธุ์ทางครอบครัวของ -Syn

สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามว่าการกลายพันธุ์แบบจุดในโปรตีนที่ไม่มีโครงสร้างโดยกำเนิดแสดงให้เห็นความแตกต่างอย่างมากในการเริ่มเกิดโรคและการลุกลาม เราเชื่อว่าอาจเป็นไปได้ที่การกลายพันธุ์ของ -Syn ที่แตกต่างกันทำให้เกิดชนิดและปริมาณของ oligomers ที่แตกต่างกัน และยังอาจเปลี่ยนแปลงความสามารถในการเพาะของโปรตีนชนิด wild โดยไม่ซ้ำกันอีกด้วย

นั่นคือสาเหตุที่การกลายพันธุ์ส่งผลกระทบไม่เพียงแต่อัตราการรวมตัวโดยรวมของโปรตีนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขั้นตอนด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของอะไมลอยด์ด้วย เช่น การเริ่มต้นและการขยายของ -Syn ผ่านกระบวนการนิวเคลียสทุติยภูมิ [294] น่าประหลาดใจที่ Lazaro และคณะ พบว่าแม้จะมีแนวโน้มโอลิโกเมอไรเซชันที่เหมือนกันในเซลล์เพาะเลี้ยง แต่ A30P, E46K, H50Q, G51D และ A53T แสดงความสามารถที่แตกต่างกันในการรวมเข้าในแบบฟอร์ม [295] A30P มีแนวโน้มลดลงในการสร้างการรวมตัวในเซลล์ ในขณะที่การกลายพันธุ์ของ E46K และ G51D แสดงผลตรงกันข้าม [295]

อีกครั้ง การรวมในเซลล์ [295] ไม่มีความสัมพันธ์กับแนวโน้มการรวมตัวของการกลายพันธุ์ในหลอดทดลอง [12,91–93,102] ดังนั้นการตอบคำถามเหล่านี้ว่า Wild-type -Syn และการกลายพันธุ์ของมันมีส่วนช่วยในการเริ่มมีอาการของ PD ในระยะแรกและช่วงปลายได้อย่างไรจึงเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจการเกิดโรคที่แตกต่างกันของ synucleinopathies

การก่อตัวของไฟบริลมีความไวสูงต่อการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมจุลภาคระดับท้องถิ่นและ/หรือระดับโลกของโปรตีน สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของกรดอะมิโนเดี่ยวสามารถส่งผลให้เกิดความหลากหลายเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเฉพาะตำแหน่งที่แตกต่างกัน ดังที่แสดงสำหรับประเภทไวด์และไฟบริลของ E46K, A30P และ A53T [296] ในบริบทนี้ โนวส์และเพื่อนร่วมงานได้ศึกษาการเปรียบเทียบอย่างเป็นระบบของ -Syn และการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับโรคโดยใช้เทคนิคทางชีวฟิสิกส์ [297] การกลายพันธุ์ของ PD สร้าง fibril polymorphs ด้วยลักษณะทางสัณฐานวิทยาและโครงสร้างรองที่แตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับโปรตีนชนิด wild [297]

ตามจริง รายงานหลายฉบับได้รับการยืนยันอย่างอิสระว่า -Syn กลายพันธุ์ที่แตกต่างกันสร้างไฟบริลที่มีสัณฐานวิทยาที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งเปิดเผยโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) และการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) รูปแบบการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD) ที่เป็นเอกลักษณ์ และความแตกต่างในองค์ประกอบโครงสร้างทุติยภูมิ (รูปที่ 4เอ, บี)

นอกจากนี้ ส่วนต่อประสานของโปรโตฟิลาเมนต์ทั้งสองในโครงสร้าง -Syn fibril นั้นถูกสร้างขึ้นโดยเรซิดิว 50–57 ซึ่งยังปิดบังการกลายพันธุ์ของครอบครัวสามอย่างด้วย [61] สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าแม้แต่การกลายพันธุ์แบบจุดเดียวก็สามารถเปลี่ยนแปลงไดนามิกและการอัดแน่นของโปรโตฟิลาเมนต์ได้

การตรวจสอบอย่างใกล้ชิดของไฟบริลที่เกิดจากการกลายพันธุ์โดยไครโอ-EM [298–300] เผยให้เห็นความเป็นพลาสติกของไฟบริลดังกล่าวในแง่ของการบิด จำนวนโปรโตฟิลาเมนต์ที่มีปฏิสัมพันธ์ การจัดเรียงบรรจุภัณฑ์ องค์ประกอบโครงสร้างรอง และรูปร่างควอเทอร์นารี เป็นต้น (รูปที่ 4C, D) โบเยอร์และกลุ่มของเขาศึกษาการกลายพันธุ์ของ H50Q และพบว่าไฟบริลแบบแคบ (1c) และไวด์ (1d) มีโปรโตฟิลาเมนต์หนึ่งหรือสองตัวตามลำดับ [300]

แม้จะมีการใช้โครงสร้างเคอร์เนลอนุรักษ์ร่วมกันตามที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้สำหรับ wild-type -Syn แต่ไฟบริลกลายพันธุ์ก็แสดงการจัดเรียงโปรโตฟิลาเมนต์ใหม่และเครือข่ายพันธะไฮโดรเจน [300] นอกจากนี้ A53 ยังอยู่ที่ศูนย์กลางของส่วนต่อประสานของโปรโตฟิลาเมนต์ที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบในชนิดไวด์ -Syn [61] และยังเป็นจุดร้อนสำหรับการกลายพันธุ์หลายจุด [16,89,90]

การศึกษาด้วย Cryo-EM กับการกลายพันธุ์ A53T ที่ปลายอะซิติลแบบ N เผยให้เห็นว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงในส่วนของรอยพับของ wild-type -Syn [299] อย่างไรก็ตาม การกลายพันธุ์จะขัดขวางปฏิกิริยาของสารตกค้างและจัดวางทิศทางของส่วนต่อประสานของโปรโตฟิลาเมนต์ใหม่ ซึ่งส่งผลให้มีผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน ชนิดของเส้นใย [299]. นี่อาจเป็นกรณีของการกลายพันธุ์ของ A53 อีกสองครั้ง เช่น A53E และ A53V แต่ความเป็นไปได้นี้ยังไม่ถูกค้นพบ

การสร้างแบบจำลอง Cryo-EM ของไฟบริลที่เกิดจากการกลายพันธุ์ของ E46K ยังสนับสนุนสมมติฐานที่มีอยู่ โดยเผยให้เห็นการก่อตัวของ fibril polymorphs โดยมีการอัดตัวของโปรโตฟิลาเมนต์และส่วนเชื่อมต่อที่แตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับ wild-type -Syn [298,301] นอกจากนี้ยังสร้างตัวแปรที่เสถียรและทำให้เกิดโรคของ wild-type -Syn [298] อีกด้วย โดยรวมแล้ว การศึกษาเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าการบรรจุโปรโตฟิลาเมนต์และส่วนต่อประสานมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดโครงสร้างของไฟบริล

การกลายพันธุ์ในตระกูลแต่ละครั้งอาจทำหน้าที่เป็นสายพันธุ์ของ -Syn ซึ่งเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและไดนามิกของไฟบริลที่เกิดขึ้นโดยไม่ซ้ำกัน ความแตกต่างเหล่านี้ในโครงสร้างไฟบริลอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ทางคลินิกและพยาธิวิทยาที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีส่วนทำให้เกิดโรคที่ไม่เหมือนกันในโรคซินนิวคลีโอนิพาที

For more information:1950477648nn@gmail.com