บทความอายุยืน

การศึกษาใหม่เกี่ยวกับการเชื่อมโยงระหว่างโปรตีนเทาว์ที่เป็นพิษกับโรคอัลไซเมอร์

โปรตีนเอกภาพพันกันที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์
  • การสะสมโปรตีนเทาว์ในสมองมีความเกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์มานานแล้ว แต่ยังไม่ทราบว่าเทาว์ (โปรตีนปกติ) พันกันและเป็นพิษได้อย่างไร

  • เทคนิคใหม่ช่วยให้สามารถแมปโครงสร้างของเอกภาพได้ เช่นเดียวกับการถอดรหัสผลกระทบของการแก้ไขหลังการแปล (ptm) ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายบนพื้นผิวของเอกภาพ

  • Ptm อาจมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของเอกภาพ ซึ่งสามารถระบุได้ว่าโรคทางระบบประสาทชนิดใดจะเกิดขึ้น

บทความนี้ถูกโพสต์ในสถาบัน zuckerman ของมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย: 

โปรตีนเอกภาพมีส่วนเกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์และโรคทางสมองอื่นๆ ที่ทำให้ร่างกายอ่อนแอมานานแล้ว แต่นักวิทยาศาสตร์พยายามดิ้นรนที่จะทำความเข้าใจว่าเทาว์เปลี่ยนจากรูปแบบปกติที่ใช้งานได้จริงไปเป็นรูปแบบที่พับผิดและเป็นอันตรายได้อย่างไร ขณะนี้ นักวิจัยจากสถาบัน zuckerman institute ของมหาวิทยาลัยโคลัมเบียและ mayo clinic ในฟลอริดาได้ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยเพื่อดูเทาว์ในรายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อน จากการวิเคราะห์เนื้อเยื่อสมองจากผู้ป่วย ทีมวิจัยนี้ได้เปิดเผยว่าการปรับเปลี่ยนโปรตีนเอกภาพอาจส่งผลต่อวิธีการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในเซลล์สมองของบุคคล ความแตกต่างเหล่านี้มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับประเภทของโรคทางระบบประสาทที่จะพัฒนา และความรวดเร็วของโรคนั้นจะแพร่กระจายไปทั่วสมอง

การศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในวันนี้ใน cell ได้ใช้เทคนิคเสริมสองเทคนิคในการทำแผนที่โครงสร้างของเอกภาพและถอดรหัสผลกระทบของโมเลกุลเพิ่มเติมที่เรียกว่าการปรับเปลี่ยนหลังการแปล (ptms) บนพื้นผิว ข้อมูลเชิงลึกเชิงโครงสร้างใหม่ๆ เหล่านี้สามารถเร่งการต่อสู้กับโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาทได้ โดยช่วยให้นักวิจัยระบุตัวบ่งชี้ทางชีวภาพใหม่ๆ ที่ตรวจพบความผิดปกติเหล่านี้ก่อนที่อาการจะเกิดขึ้น และออกแบบยาใหม่ๆ ที่มุ่งเป้าไปที่ ptm เฉพาะ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดโรคก่อนที่จะสร้างความเสียหายให้กับสมอง

“เทาเป็นโปรตีนที่น่าสนใจอย่างมากมานานแล้ว เนื่องจากมีความชุกของโรค” ดร.แอนโธนี ฟิทซ์แพทริค นักวิจัยหลักจากสถาบัน Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute ในโคลัมเบีย ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าว "ในการตีพิมพ์ในวันนี้ เราได้แสดงหลักฐานที่น่าสนใจว่า PTM มีบทบาทเชิงโครงสร้างที่สำคัญในภาวะเทาโอพาธี (tauopathies) ซึ่งเป็นกลุ่มของโรคที่เกิดจากความเสื่อมของระบบประสาทซึ่งมีลักษณะเฉพาะจากการสะสมของพิษของเทาว์ที่พับผิด"

ไม่มี tauopathies สองอันที่เหมือนกันทุกประการ แต่ละคนส่งผลต่อส่วนต่างๆ ของสมอง แม้กระทั่งเซลล์ประเภทต่างๆ กัน ซึ่งอาจนำไปสู่อาการที่แตกต่างกันได้ ตัวอย่างเช่น โรคอัลไซเมอร์เกิดขึ้นในฮิปโปแคมปัส และส่งผลต่อความจำเช่นกัน โรคสมองจากบาดแผลเรื้อรัง (chronic traumatic encephalopathy) ซึ่งเป็นความผิดปกติที่มักพบในผู้รอดชีวิตจากอาการบาดเจ็บที่ศีรษะจากบาดแผล อาจทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับการเคลื่อนไหว ความจำ หรืออารมณ์ ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของสมองที่ได้รับผลกระทบ

นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เทคนิคการถ่ายภาพแบบดั้งเดิมเพื่อค้นหาเบาะแสว่าความพันกันของเอกภาพซึ่งประกอบด้วยเส้นใยแต่ละเส้นหรือเส้นใยแต่ละเส้น มีส่วนเกี่ยวข้องกับโรคเหล่านี้อย่างไร แต่การวาดภาพให้สมบูรณ์นั้นเป็นเรื่องยาก

แทมทา อาราคาเมีย นักศึกษาระดับปริญญาตรีจาก School of General Studies ของโคลัมเบีย ซึ่งเป็นผู้ช่วยวิจัยในมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย กล่าวว่า "สมองของผู้ป่วยที่เป็นโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาทนั้นง่ายต่อการระบุ: ส่วนต่างๆ ทั้งหมดถูกกินไปหมดแล้ว ถูกแทนที่ด้วยกลุ่มก้อนขนาดใหญ่และโปรตีนที่พันกันอย่างพันกันอย่างเช่นเทา" ห้องทดลอง Fitzpatrick และผู้เขียนร่วมคนแรกของหนังสือพิมพ์ อย่างไรก็ตาม เส้นใยเทานั้นบางกว่าความกว้างของเส้นผมมนุษย์ถึง 10,000 เท่า ทำให้ยากเป็นพิเศษที่จะศึกษารายละเอียด"

เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ ดร. ฟิทซ์แพทริคได้บุกเบิกการใช้กล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอนหรือไครโอ-em เพื่อแสดงภาพเส้นใยเอกภาพแต่ละเส้นจากเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์ที่เป็นโรค cryo-em เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับรางวัลโนเบล ซึ่งบางส่วนได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ตัวอย่างภาพ cryo-em โดยใช้ลำแสงอิเล็กตรอน และได้รับการพิสูจน์แล้วว่าขาดไม่ได้สำหรับการตรวจสอบโครงสร้างทางชีววิทยาที่มีขนาดเล็กมาก ทีมงานของ dr. fitzpatrick ได้สร้างโครงสร้างของเส้นใยเทาขึ้นใหม่โดยใช้ cryo-em โดยให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับวิธีการก่อตัว เติบโต และแพร่กระจายไปทั่วสมอง

สำหรับความสามารถทั้งหมดในการจัดทำภาพรวมของโปรตีนที่มีรายละเอียดสูง cryo-em จึงมีข้อจำกัด เพื่อเอาชนะขีดจำกัดเหล่านี้ ดร. ฟิทซ์แพทริคและทีมงานของเขาได้จับคู่กับเทคโนโลยีที่สอง: แมสสเปกโตรเมทรี

Christina Lee นักศึกษาระดับปริญญาตรีจาก Columbia College ผู้ช่วยวิจัยในห้องปฏิบัติการ Fitzpatrick และผู้เขียนร่วมคนแรกของหนังสือพิมพ์กล่าวว่า Cryo-EM ไม่ได้ให้ภาพที่สมบูรณ์เนื่องจากไม่สามารถจดจำ PTM ด้วยกล้องจุลทรรศน์บนพื้นผิวของเทาได้ "แต่แมสสเปกโตรเมตรีสามารถระบุองค์ประกอบทางเคมีของ PTM บนพื้นผิวของเอกภาพได้"

การทำงานร่วมกับผู้เขียนร่วม leonard petrucelli, phd, ralph b. และ ruth k. abrams ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาที่ mayo clinic ในฟลอริดาและ nicholas seyfried, phd, ศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีที่ emory university school of medicine นักวิจัยได้ใช้ cryo-em และแมสสเปกโตรมิเตอร์เพื่อวิเคราะห์เนื้อเยื่อสมองจากผู้ป่วยที่ได้รับการวินิจฉัยว่ามีภาวะเทาโอพาธี 2 ชนิด ได้แก่ โรคอัลไซเมอร์และการเสื่อมของคอร์ติโคบาซาล หรือ cbd cbd เป็นโรคเทาโอพาธีที่หายากแต่รุนแรงมาก โดยเกิดขึ้นเพียง 1 ในทุกๆ 10,000 คน ต่างจากโรคอัลไซเมอร์ซึ่งเชื่อกันว่าเกิดขึ้นเนื่องจากปัจจัยหลายประการรวมทั้งเทาว์ cbd มีความเกี่ยวข้องเป็นหลักกับโปรตีนเทาว์ที่ทำงานผิดปกติ

“การศึกษาโรคเทาโอพาทีปฐมภูมิ เช่น CBD ช่วยให้เราทราบว่าเทาว์เป็นพิษต่อเซลล์สมองได้อย่างไร” ดร. Petrucelli กล่าว "เราหวังว่าจะคาดการณ์ความรู้ดังกล่าวไปสู่ภาวะเทาโอพาทีทุติยภูมิ เช่น โรคอัลไซเมอร์"

การวิเคราะห์ตัวอย่างเนื้อเยื่อสมองของนักวิทยาศาสตร์เผยให้เห็นข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญหลายประการ นักวิจัยพบว่าการพูดคุยข้ามระหว่าง ptm บนพื้นผิวของเทาว์มีอิทธิพลต่อโครงสร้างของเส้นใยเทาว์ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดความแตกต่างในเส้นใยเทาว์ที่สังเกตได้ทั่วทั้งเทาโอพาธีต่างๆ และแม้แต่การเปลี่ยนแปลงจากผู้ป่วยสู่ผู้ป่วยด้วย

"ผลลัพธ์โดยรวมเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า PTM อาจไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายบนพื้นผิวของโปรตีนเท่านั้น แต่ยังมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของเอกภาพด้วย" ดร. ฟิทซ์แพทริค ซึ่งเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีและชีวฟิสิกส์โมเลกุลที่ Vagelos ของโคลัมเบียกล่าว วิทยาลัยแพทย์และศัลยแพทย์.

ในอนาคตข้างหน้า ดร. ฟิทซ์แพทริคและทีมงานวางแผนที่จะขยายงานนี้ไปสู่ภาวะไม่สมดุลอื่นๆ การค้นพบในวันนี้เกี่ยวกับโรคอัลไซเมอร์และ cbd ถือเป็นความหวังอันยิ่งใหญ่สำหรับวงการนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพัฒนาแบบจำลองโรคใหม่ๆ เช่น สารอินทรีย์ที่ปลูกในห้องแล็บ หรือสมองขนาดเล็ก ซึ่งอาจช่วยสรุปสิ่งที่เกิดขึ้นจริงในสมองของ ผู้ป่วย.

“การค้นพบของเราจะสร้างแรงบันดาลใจให้กับแนวทางใหม่ๆ ในการพัฒนาเครื่องมือวินิจฉัยและการออกแบบยา เช่น การกำหนดเป้าหมายช่องโหว่ของ PTM เพื่อชะลอการลุกลามของโรค” ดร. ฟิทซ์แพทริค ซึ่งเป็นสมาชิกของ Taub Institute for Research on Alzheimer's Disease and the Aging Brain ของโคลัมเบียกล่าว “โรคเกี่ยวกับระบบประสาทเป็นโรคที่ซับซ้อนและน่าวิตกมากที่สุดประเภทหนึ่ง แต่ด้วยการทำงานของเราและของเพื่อนร่วมงานและผู้ร่วมงานของเรา เรากำลังสร้างแผนงานสู่ความสำเร็จในการวินิจฉัยและการรักษา”

การศึกษานี้เผยแพร่ใน cell ในเดือนกุมภาพันธ์ 2020



โพสต์เก่ากว่า โพสต์ใหม่กว่า