Amyloïden zijn aggregaten die bestaan ​​uit stapels van duizenden eiwitten die stevig aan elkaar zijn gebonden. Hun vorming is betrokken bij verschillende wijdverbreide aandoeningen, waaronder de ziekte van Alzheimer en diabetes type II.

In deze week Tijdschrift voor Chemische Fysica wetenschappers rapporteren over een wiskundig model voor de vorming van amyloïde fibrillen. Het model werpt licht op hoe het aggregatieproces op een katalytische manier kan verlopen, iets dat voorheen niet goed werd begrepen.

De onderzoekers pasten hun model toe op de aggregatie van een specifiek eiwit geassocieerd met de ziekte van Alzheimer, Ab40. De resultaten laten zien dat de initiatie van het aggregatieproces voor Ab40?fibrillen typisch plaatsvindt op grensvlakken, zoals nabij het oppervlak van een vloeibare oplossing of de glazen wand van een reageerbuis. Dit heeft belangrijke implicaties voor de interpretatie van laboratoriumgegevens die worden gebruikt bij het onderzoek naar de ziekte van Alzheimer en andere ziekten.

Het model bestaat uit een reeks wiskundige vergelijkingen, bekend als snelheidsvergelijkingen, die beschrijven hoe eiwitaggregaatconcentraties in de loop van de tijd veranderen. Elke reactiestap in het model blijkt analoog te zijn aan die in reacties waarbij enzymen betrokken zijn. De rol van het enzym wordt gespeeld door ofwel de punt of zijkant van een groeiende vezel of, mogelijk, een oppervlak van het reactievat.

De onderzoekers ontdekten dat de wiskundige vorm van hun model verband hield met de beroemde Michaelis-Menten-vergelijkingen, voor het eerst gepubliceerd in 1913 om de snelheid van enzymreacties te beschrijven. Het heeft een veel eenvoudiger wiskundige vorm dan alle eerdere modellen die voor de vorming van amyloïden werden gebruikt en heeft als bijkomend voordeel dat de vergelijkingen met de hand kunnen worden opgelost, zonder dat er computersimulaties nodig zijn.

"We verwachten dat de in dit artikel ontwikkelde methodologie de toekomstige inspanningen zal ondersteunen om nieuwe amyloïde vormingsverschijnselen te modelleren, " zei co-auteur Alexander Dear.

Een van de belangrijkste kenmerken van de wiskundige oplossing die is gevonden voor vergelijkingen van het Michaelis-Menten-type is een fenomeen dat bekend staat als verzadiging. Wanneer verzadiging optreedt, de katalytische plaatsen worden volledig bezet bij hoge eiwitconcentraties. In het geval van de Ab40-onderzoeken, verzadiging laat ook zien dat het proces dat aggregatie initieert een oppervlak omvat, zoals de wand van een reageerbuis.

Hoewel de conclusies niet direct van toepassing zijn op het lichaam zelf, co-auteur Tuomas Knowles zei:"Dit werk zal centraal staan ​​bij het vergemakkelijken van de studie van de vorming van amyloïde in aanwezigheid van andere soorten die in lichaamsvloeistoffen worden aangetroffen."

Co-auteur Sara Linse zei:"Dit werk tilt de analyse van experimentele gegevens naar een nieuw niveau dat essentieel zal zijn voor het afleiden van krachtige remmers van amyloïdevorming."