Een team van wetenschappers van het VIB-lab van Han Remaut (VIB-VUB) en het lab van Yves Dufrêne aan de UCL Louvain-La-Neuve werkten samen aan een studie van functionele amyloïden – eiwitaggregaten met de typische amyloïdestructuur die niet tot ziekte leiden maar dienen eerder een toegewijde biologische functie. Onder leiding van Mike Sleutel (VIB-VUB), het team gebruikte een nieuwe microscopiemethode om de vorming van functionele amyloïden door bacteriën in realtime te onderzoeken, het observeren van belangrijke groei- en regulerende kenmerken die kunnen leiden tot nieuwe biomaterialen, evenals inzichten in de ontwikkeling en progressie van menselijke ziekten veroorzaakt door pathologische amyloïde plaques. Hun onderzoek is gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Natuur Chemische Biologie .

In mensen, amyloïden worden geassocieerd met neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, Parkinson en de ziekte van Huntington, en prionziekten zoals boviene spongiforme encefalopathie (BSE) en de ziekte van Creutzfeldt-Jakob. In deze pathologische amyloïden, eiwitten worden gevangen in een giftige vorm die celdood veroorzaakt, en leidend tot hersen- en orgaanschade en uiteindelijk de dood.

Eiwitten met een doel

Amyloïde plaques zijn samengesteld uit eiwitten of eiwitfragmenten die zich organiseren in spiraalvormige vezels die continu groeien door nieuwe moleculen aan te trekken. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de resulterende weefselbeschadiging bij menselijke ziekten voornamelijk wordt veroorzaakt door kleine eiwitaggregaten die worden gegenereerd tijdens de vroege stadia van amyloïdevorming. Deze moleculaire voorlopers van amyloïden zijn samengesteld uit dezelfde subeenheden, maar verschillen in structuur. bacteriën, echter, hebben het opmerkelijke vermogen om 'functionele amyloïden' te maken via een doelbewuste route waarbij geen toxische tussenproducten worden gevormd.

Prof. Dr. Han Remaut (VIB-VUB):"Het doel van dit onderzoek was om meer te weten te komen over het proces waarmee bacteriën de ontwikkeling van deze schadelijke toxische tussenproducten kunnen omzeilen. Om dit te doen, we vertrouwden op snelle atoomkrachtmicroscopie, waardoor we de groei van individuele amyloïde vezels 100 keer sneller konden observeren dan conventionele atoomkrachtmicroscopen."

Nieuwe routes creëren niet-toxische amyloïden

De wetenschappers ontdekten dat curli, een soort functionele amyloïden gecreëerd door E. coli om biofilms te vormen, een ander ontwikkelingsproces volgen dan pathologische amyloïden. Ze keken hoe curli-vezels paaien en groeien onder de atoomkrachtmicroscoop. Tijdens het kernvormende proces van amyloïde ontwikkeling, curli-subeenheden verzamelen zich in vezels van minimale grootte die onmiddellijk dezelfde eigenschappen hebben als volwassen curli.

Dr. Mike Sleutel (VIB-VUB):"Curli-vezels worden op zo'n manier gevormd dat de subeenheden zich gemakkelijk organiseren tot een minimaal amyloïde fragment zonder enige van de toxische tussentoestanden te vormen die betrokken zijn bij amyloïde ziekten. we ontdekten dat bacteriën het vermogen hebben om de groei van deze curli-vezels te reguleren door eiwitten te produceren die de plaatsen kunnen blokkeren waar binnenkomende subeenheden zouden binden."

Fascinerende toekomstige wegen

Curli zijn een ideaal modelsysteem om de verschillen tussen functionele en pathologische amyloïden te ontdekken, en te begrijpen hoe bacteriën kunnen omgaan met potentieel giftige amyloïden zonder te worden beschadigd. Nog meer, functionele amyloïden zouden kunnen dienen als toekomstige bouwstenen van nieuwe biomaterialen.

Doctoraatsstudent en co-auteur Imke Van Den Broeck (VIB-VUB):"Een interessante onderzoekspiste die we nastreven, is de productie van genetisch gemodificeerde amyloïde vezels om functionele groepen van interesse weer te geven, zoals antistoffen, enzymen, enz. Door deze benadering te gebruiken, we voorzien de vorming van zelfassemblerende nanodraden met programmeerbare functies om een ​​nieuwe klasse van biomaterialen te creëren."