Alzheimers er en nådeløs sykdom der giftige klynger av beta-amyloidprotein samles i hjerneceller. Nå har forskere designet et syntetisk peptid eller lite protein som kan blokkere beta-amyloid i de tidlige og mest skadelige stadiene.
Det syntetiske peptidet som bare har 23 aminosyrer brettes inn i strukturer som kalles alfa-ark. Arkene binder seg til tidlige stadier små klumper av beta-amyloid og stopper dem for å danne større masser.
Et team fra University of Washington (UW) i Seattle og andre forskningssentre i USA designet og produserte det syntetiske peptidet og testet det også i celler og dyr.
Testene viste at alfa-ark av peptidet reduserte den toksiske effekten av beta-amyloid i dyrkede menneskelige hjerneceller. Arkene blokkerte også tidlige former for beta-amyloid i dyremodeller av Alzheimers sykdom.
Proceedings of the National Academy of Sciences er om kort tid med en artikkel om studien.
Forskerne sier at funnene kan føre til behandlinger som fjerner giftig beta-amyloid i de tidlige formene. De ser også potensialet for å bruke peptidet som grunnlag for en test for å diagnostisere Alzheimers sykdom før symptomene dukker opp.
Former av beta-amyloid
Giftig beta-amyloid er et kjennetegn ved Alzheimers sykdom. Men ikke alle former for beta-amyloid er giftige. Hjerneceller eller nevroner lager proteinet i en enkel form som kalles en monomer. Monomerformer av beta-amyloid utfører essensielle jobber i hjerneceller.
Hos mennesker med Alzheimers sykdom klynger beta-amyloide monomerer seg imidlertid til oligomerer som kan inneholde opptil 12 monomerer.
Dannelse av proteinavsetninger er et typisk trekk ved sykdommer der et protein ikke klarer å kaste seg ordentlig inn i den formen som er nødvendig for at det skal gjøre jobben sin.
Ved Alzheimers sykdom fortsetter oligomerer å vokse seg til lengre former og til slutt danner de mye større forekomster eller plaketter.
Først trodde forskere at plaketter var den mest giftige formen for beta-amyloid som ga symptomer på Alzheimers sykdom for eksempel tap av hukommelse og tenkningskapasitet.
På grunn av økende bevis tyder imidlertid et økende antall eksperter på at de tidligere oligomerstadiene av beta-amyloid sannsynligvis vil være de mest giftige for hjerneceller.
Syntetisk peptid retter seg mot oligomerer
Forskerne designet de syntetiske peptid-alfa-arkene for å målrette beta-amyloid mens det er på det oligomerdannende stadiet.
«Dette er» sier korresponderende studieforfatter Valerie Daggett som er professor i bioingeniørarbeid ved UW «om å målrette mot en spesifikk struktur av beta-amyloid dannet av de giftige oligomerer.»
Studien viser tilføyer hun at det er mulig å tenke syntetiske peptid-alfa-ark hvis strukturer «kompletterer» de til beta-amyloid når den antar en giftig form «mens de biologisk aktive monomerer blir intakte.»
Prosessen med å lage proteiner i celler produserer etter hvert molekyler med forskjellige 3D-former. Den første fasen av dette innebærer å brette den lange kjeden i en av flere grunnleggende former.
Prof. Daggets team hadde oppdaget en slik grunnleggende form-alfabladet-i tidligere arbeider der de hadde simulert produksjon av proteiner på datamaskiner.
Den nylige studien avslører at beta-amyloide oligomerer bruker alfa-arkformen når de danner lengre klumper og plakk.
Det viser også at det syntetiske peptid-alfabladet bare binder seg til beta-amyloid oligomer-alfa-ark og at dette nøytraliserer deres toksisitet.
Stort fall i beta-amyloide oligomerer
Teamet brukte tradisjonelle og topp moderne spektroskop for å se hvordan beta-amyloid utviklet seg fra monomerer til oligomerer til plakk i dyrkede menneskelige hjerneceller.
De bekreftet også at oligomerer var mer skadelige for hjerneceller enn plakk. Dette funnet støtter studier som har funnet beta-amyloid plakk i hjernen til mennesker uten Alzheimers sykdom.
Teamet viste at behandling av prøver av hjernevev fra en musemodell av Alzheimers sykdom med alfa-ark med syntetisk peptid førte til en reduksjon på 82 prosent i beta-amyloidoligomerer.
I tillegg reduserte behandling av levende mus med alfa-ark med syntetisk peptid deres beta-amyloid-oligomernivåer med 40 prosent i løpet av 24 timer.
Teamet gjennomførte også eksperimenter med en annen vanlig modell av Alzheimers sykdom ormen Caenorhabditis elegans. Disse viste at behandling med alfa-ark med syntetisk peptid var i stand til å utsette lammelse på grunn av beta-amyloid.
Behandlede ormer viste også mindre av tarmskadene som utvikler seg når de lever av bakterier som produserer beta-amyloid.
Til slutt viste forskerne at det kunne være mulig å bruke alfa-ark med syntetisk peptid for å teste for nivåer av beta-amyloidoligomerer.
Professor Daggett og teamet hennes eksperimenterer allerede med nye versjoner av syntetiske peptid-alfa-ark for å finne de som kan nøytralisere beta-amyloid-oligomerer enda mer effektivt.
«Beta-amyloid spiller definitivt en hovedrolle ved Alzheimers sykdom men mens historisk sett har vært oppmerksomhet på plakkene tyder mer og mer forskning i stedet på at amyloid beta-oligomerer er de giftige midlene som forstyrrer nevroner.»
Professor Valerie Daggett