In het menselijk lichaam, eiwitten komen soms voor in fibrillaire aggregaten die amyloïden worden genoemd. Hoewel bekend is dat bepaalde amyloïden een biologische functie hebben, amyloïde vorming wordt vaak geassocieerd met pathologieën, waaronder de ziekte van Alzheimer en Parkinson. Begrijpen hoe amyloïde fibrillen precies worden gevormd, is cruciaal om inzicht te krijgen in de ontwikkeling van dergelijke ziekten en om vooruitgang te boeken met behandelingsbenaderingen.

Nutsvoorzieningen, Takahiro Watanabe-Nakayama van de Universiteit van Kanazawa, Kenjiro Ono van de Showa Universiteit, en collega's hebben het vormingsproces van bepaalde amyloïde fibrillen onderzocht met behulp van een techniek die visualisatie van groei in de loop van de tijd mogelijk maakt. De wetenschappers keken specifiek naar het effect van het kruisen ('mengen') van verschillende eiwitten die aggregaten vormen, en vond variaties in reksnelheden en de structuren van de fibrillen.

De onderzoekers bestudeerden alfa-synucleïne, een eiwit dat overvloedig aanwezig is in het menselijk brein. Ze keken naar wat er gebeurde als we wildtype alfa-synucleïne-moleculen - de natuurlijke, meest voorkomende variant-vorm aggregaten, en ook hoe aggregatie anders is bij het introduceren van (cross-seeding) mutante varianten geassocieerd met de ziekte van Parkinson. In aanvulling, de wetenschappers onderzochten de invloed van de pH-waarde van de micro-omgeving waarin fibrilgroei plaatsvindt.

Door middel van snelle atoomkrachtmicroscopie (HS-AFM), Watanabe-Nakayama, Ono en collega's konden voor verschillende gevallen fibrilaggregatie opnemen met een resolutie van nanometer en een hoge videosnelheid. Eerst, de wetenschappers keken naar de groei van enkelvoudige varianten (self-seeding). Ze ontdekten dat mutanten meer aggregaten produceerden, of dat ze sneller aggregeerden bij neutrale pH dan de wildtype varianten. Een andere observatie was dat de rek sneller was bij een lagere pH (5,8, d.w.z. zuur) dan bij hogere pH (7,4, d.w.z. basis).

Voor kruiszaaien, verschillende scenario's kunnen voorkomen. Fibrilgroei kan worden versneld of vertraagd, of zelfs gestopt. De morfologie van het oorspronkelijke zaad kan worden bewaard, maar het komt ook voor dat de structuur van de resulterende fibril anders is - typische structurele vormen zijn 'recht' of 'spiraal'. De onderzoekers hebben door middel van fluorescentie-experimenten gecontroleerd of de fibrilstructuur en -dynamiek zoals waargenomen met HS-AFM overeenkomen met de processen in oplossing; soortgelijke conclusies werden getrokken.

De bevindingen van Watanabe-Nakayama, Ono en collega's zijn relevant voor een beter begrip van amyloïde-gerelateerde ziekten. De onderzoekers citeren:"Cross-seeding gecombineerd met variaties in reksnelheden heeft het effect van het vergroten van de structurele diversiteit van de resulterende samenstellingen. Deze diversiteit kan worden weerspiegeld in duidelijke neurotoxische effecten voor verschillende [eiwit]samenstellingen."