Пептидный «отпечаток пальца» позволяет более раннюю диагностику болезни Альцгеймера

Пептидный «отпечаток пальца» позволяет более раннюю диагностику болезни Альцгеймера

Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона, вызываются ошибками укладки (неправильной укладкой) белков или пептидов, т.е. изменениями их пространственной структуры. Это результат незначительных отклонений в химическом составе биомолекул. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали простой и эффективный метод обнаружения такого неправильного сворачивания на ранней стадии заболевания. Нарушение укладки выявляют по структуре высушенного остатка растворов белков и пептидов. Метод включает анализ микрофотографий с помощью нейронных сетей и имеет прогностическую точность более 99%. Результаты опубликованы в Advanced Materials .

Биохимическая структура белков и пептидов определяет их биологические функции. Есть много указаний на то, что даже незначительные структурные или пространственные изменения могут способствовать развитию заболеваний. Многие нейродегенеративные заболевания объясняются неправильным сворачиванием белков и пептидов, вызванным такими изменениями. Пептиды бета-амилоида (Aβ42) играют ключевую роль в развитии болезни Альцгеймера; они отличаются одним аминокислотным остатком и представляют собой наследственные мутанты болезни Альцгеймера.

До сих пор не существовало простого и точного метода предсказания мутаций в белках. В Институте функциональных интерфейсов KIT (IFG) исследовательская группа под руководством профессора Йорга Лаханна разработала метод обнаружения неправильной укладки по структуре высушенных белковых и пептидных растворов. «Образцы пятен были не только характерными и воспроизводимыми, но также привели к классификации восьми мутаций с прогностической точностью более 99%», — сказал Лаханн, автор исследования, описывая результаты. Группа показала, что важную информацию о первичной и вторичной структурах пептидов можно получить из пятен, оставленных после высыхания капель раствора пептида на твердой поверхности.

Растворы белков и пептидов точно помещаются на предметные стекла с помощью автоматизированной системы пипетирования для обеспечения контролируемых и воспроизводимых результатов. Поверхности предметных стекол были предварительно подготовлены с нанесением гидрофобного полимерного покрытия. Чтобы проанализировать сложные узоры пятен от высушенных капель, исследователи получили изображения с помощью поляризационной микроскопии. Затем изображения были проанализированы с помощью нейронных сетей с глубоким обучением .

«Поскольку структуры очень похожи и их трудно различить невооруженным глазом, было определенно удивительно, что нейронные сети оказались настолько эффективными», — говорит Лаханн о результатах. «Окрашивание бета-амилоидных пептидов служит точными отпечатками пальцев, отражающими структурную и пространственную идентичность пептида». По словам Лаханна, эта технология позволяет идентифицировать варианты болезни Альцгеймера с максимальным разрешением в течение нескольких минут.

Результаты показывают, что такой простой метод, как сушка капли раствора пептида на твердой поверхности, может служить индикатором незначительных различий в первичной и вторичной структурах пептидов. «Масштабируемые и точные методы обнаружения для стратификации конформационных и структурных изменений белка срочно необходимы для расшифровки патологических признаков таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона», — говорит Лаханн.

Это также относительно простой метод, который не требует сложной подготовки образцов и, таким образом, обеспечивает простую и удобную для пациента диагностику. Кроме того, метод имеет большой потенциал для других применений в медицинской диагностике и молекулярном обнаружении заболеваний.

Актуальные новости России и мира