Wanneer eiwitten verkeerd vouwen, accumuleren en klonteren rond insulineproducerende cellen in de pancreas, ze doden cellen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers, waaronder biofysici van de Universiteit van Michigan, hebben een structurele momentopname van deze eiwitten verkregen wanneer ze het meest toxisch zijn, detailleert ze tot op atomair niveau.

De onderzoekers hopen dat dit soort details kunnen helpen bij het zoeken naar medicijnen om de verkeerd vouwende eiwitten aan te pakken.

De klompjes verkeerd gevouwen eiwitten, plaques of amyloïde vezels genoemd, zijn betrokken bij veel ziekten. Amyloïden interfereren met de neuronfunctie in de hersenen van mensen met Alzheimer en Parkinson, en ze doden ook eilandjescellen, die insuline produceren om de bloedsuikerspiegel te reguleren bij mensen met type 2-diabetes.

"In het algemeen, toxiciteit voor cellen is uiterst moeilijk te bewijzen en te karakteriseren, " zei hoofdonderzoeker Ayyalusamy Ramamoorthy, U-M hoogleraar biofysica en chemie. "Anderzijds, we moeten dit doen om te helpen bij het ontwikkelen van medicijnen voor mogelijke behandeling."

Om de eiwitstructuur te begrijpen, de onderzoekers gebruiken nanodiscs die zijn samengesteld uit lagen lipiden omgeven door een riem - ze zien eruit als een minuscuul sushirolletje. Deze lipiden, gebonden door de riem, vangt de eiwitten tijdens hun aggregatie. De onderzoekers laten het eiwit vervolgens vouwen tot een bepaald punt in de nanodisc - wanneer ze denken dat de vouweiwitten het meest toxisch zijn voor eilandcellen.

"De nanodiscs zijn als het verschil tussen een zwembad en de oceaan. In de oceaan, er zijn geen grenzen; een zwembad heeft grenzen, ' zei Ramamoorthy.

"We zijn in staat om de aggregatie van het eiwit in deze beperkte membraanomgeving te stoppen, zodat we kunnen controleren hoe het eruit ziet voordat het een massa vezels wordt."

Op dit punt, de onderzoekers gebruiken een techniek genaamd nucleaire magnetische resonantie spectroscopie, of NMR, om atomaire beelden van de eiwitten te maken. Net zoals een MRI-scan beelden van het lichaam maakt zodat artsen een ziekte kunnen diagnosticeren, NMR brengt eiwitten in beeld, zodat onderzoekers kunnen bestuderen hoe ze mogelijk niet goed functioneren.

De onderzoekers, waaronder UM-chemici en biofysici Diana Rodriguez Carmago en Kyle Korshavn en anderen van de Technische Universiteit van München en het Helmholtz-Zentrum Muenchen, hoop ook de techniek te gebruiken om zowel geneesmiddelen te ontwikkelen als te screenen op geneesmiddelen die zich kunnen richten op de verkeerd gevouwen eiwitten die betrokken zijn bij verouderingsgerelateerde ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer en prionziekte.

"We screenen verbindingen met kleine moleculen om te zien of we dit aggregatieproces dat amyloïden produceert, kunnen remmen. " zei Ramamoorthy. "Dit is zeer gewilde en langverwachte informatie voor het wetenschappelijk begrip van de pathologie van amyloïde ziekten, en voor de ontwikkeling van verbindingen om de problemen te overwinnen."

De onderzoekers hebben deze "sushi-achtige" nanodiscs ontwikkeld om snapshots van deze aanvallende eiwitten te maken en ze te karakteriseren voor verschillende biologische en biomedische toepassingen. Deze nanodiscs worden ook gebruikt om andere eiwitten in het celmembraan te bestuderen en hoe verschillende eiwitten met elkaar omgaan in het celmembraan. Het vermogen om eiwitten vast te stellen terwijl ze zich in het proces van amyloïde-aggregatie bevinden, stelt onderzoekers in staat om de eiwitten te karakteriseren met behulp van een verscheidenheid aan biofysische hulpmiddelen.