破译破坏大脑神经的有毒物质的结构

阿尔茨海默病，其记忆和认知功能由于神经元的变形和死亡而逐渐下降，而帕金森病是造成手部和手臂震颤而阻碍正常运动的主要神经退行性疾病。最近，浦项工科大学（Pohang University of Science & Technology，POSTECH）的一个研究小组已经确定了导致阿尔茨海默病和帕金森病发生的聚集体的结构。

浦项工科大学官网5月25日消息

该研究由Joon Won Park教授和浦项工科大学化学系的博士生Eun Ji Shin完成，他们使用原子力显微镜（Atomic Force Microscopy ，AFM）研究了在阿尔茨海默病和帕金森病的聚集体中发现的异源寡聚体（hetero-oligomer）的表面结构，以揭示它们的结构特征。这项研究近日在美国化学学会出版的《纳米通讯》（Nano Letters）月刊中被作为封面文章。

研究于2021年5月12日发表在《Nano Letters》（最新影响因子：11.238）杂志上

众所周知，阿尔茨海默病和帕金森病的病理重叠与β-淀粉样蛋白和α -突触核蛋白衍生的异源寡聚体的形成有关。然而，由于观察其结构的技术限制，很难研究其治疗方法。

为此，研究人员利用AFM在单分子水平上观察了β-淀粉样蛋白(阿尔茨海默病的生物标志物)和α -突触核蛋白(帕金森病的生物标志物)的异源寡聚体纳米聚集体的表面特征。

当研究小组用四个固定有识别每种肽的氮端（N端）或碳端（C端）的抗体的原子力显微镜探针进行研究时，证实了所有的聚集体都是异源寡聚体。此外，在异源寡聚体的情况下，确认识别肽末端的概率高于同源寡聚体（homo-oligomer）。

这一结果表明，每个肽段的末端更倾向于位于异源寡聚体的表面，而非同源寡聚体的表面，或者位于表面的肽段末端有更多的自由度。也就是说，可以确定的是，多肽之间的聚集在异源寡聚体中比在同源寡聚体中更松散。

本研究首次采用四个AFM探针的四重映射方法，观察了蛋白质无序纳米聚集体的结构，这是以前从未发现过的。为验证异源寡聚体聚集假说提供了实验依据。它还可以用于各种神经退行性疾病重叠现象的研究，而不单纯是阿尔茨海默病和帕金森病。

Joon Won Park教授解释说：“到目前为止，还没有足够的方法来分析纳米寡聚体，这使得不可能阐明异源寡聚体的结构特征。由于这项研究中开发的分析方法适用于其他淀粉样蛋白聚集体，它将有助于确定阿尔茨海默病或疯牛病等疾病的原因。”

原子力显微镜（atomic force microscope，简称AFM），也称扫描力显微镜（scanning force microscopy，SFM)）是一种纳米级高分辨的扫描探针显微镜，是由IBM苏黎士研究实验室的比宁（Gerd Binning）、魁特（Calvin Quate）和格勃（Christoph Gerber）于1986年发明的。AFM测量的是探针顶端原子与样品原子间的相互作用力——即当两个原子离得很近使电子云发生重叠时产生的泡利（Pauli）排斥力。工作时计算机控制探针在样品表面进行扫描，根据探针与样品表面物质的原子间的作用力强弱成像。

世界上第一台原子力显微镜

参考文献

Source：Pohang University of Science & Technology (POSTECH)

Deciphering structure of a toxic matter that destroys the nerves in the brain

Reference：

Eun Ji Shin, Joon Won Park. Nanoaggregates Derived from Amyloid-beta and Alpha-synuclein Characterized by Sequential Quadruple Force Mapping. Nano Letters, 2021; 21 (9): 3789 DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00058