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研究人员在原子水平上探测脑部疾病的蛋白质

发表于 2017-11-07

研究人类遗传性退行性脑病蛋白质的研究人员发现,蛋白质的人,鼠和仓鼠形式具有几乎相同的氨基酸序列,在原子水平显示出不同的三维结构。

该蛋白质引起家族性人类大脑淀粉样血管病(CAA),并且该研究出现在Nature Communications中,是第一个检查三种不同物种中的蛋白质形式的蛋白质。

俄亥俄州立大学化学与生物化学教授Christopher Jaroniec表示,这一发现突出了这一事实,即单一氨基酸的微小改变可能会在这个蛋白质家族中引起结构和功能上的巨大差异。

Jaroniec说:“这些蛋白质的结构和传输特性的大规模差异 - 由几个碳原子和氢原子的位置差别似乎微不足道造成的 - 是非常显着的。

这项研究并不构成CAA新测试或治疗的基础,而是将这些蛋白质用作理解被称为朊病毒疾病的一整类退行性脑疾病的跨物种传播的基本方面的模型,他解释说。这也强调了固态核磁共振(NMR)光谱学用于成像与朊病毒疾病有关的蛋白质结构的实用性。

研究人员知道,在人体内,与CAA相关的蛋白质分子形成了存放在大脑血管壁中的斑块,但是直到最近还没有对这些斑块的分子结构进行详细的检查。2008年,俄亥俄州立大学的研究人员及其在凯斯西储大学的合作伙伴对相关的朊病毒蛋白变体进行了初步的固态研究,并将其功能的可能关键氨基酸列表缩小至约30。

现在,他们已经证明,一个单一的氨基酸 - 在蛋白质链上以其数量已知 - 是这个朊病毒蛋白质变体采用“类人”与“仓鼠样”结构的关键,而另一个氨基酸112控制人和小鼠蛋白质之间的结构差异。他们还表明,这两个氨基酸似乎是造成同一蛋白质序列内出现结构不同的“朊病毒毒株”的原因,类似于病毒的不同毒株。

最着名的朊病毒疾病包括人类中的牛海绵状脑病(通常称为“疯牛病”)和克雅二氏症(Creutzfeldt-Jakob disease)。都是无药可救的,有些也是可以传染的。斑块内大脑朊蛋白所采用的结构被认为是其在不同宿主之间传播并引起疾病的能力的关键。

“我们小组目前正在研究确定与家族性人CAA相关的截短的朊病毒蛋白变体的高分辨率分子结构,以便获得对其传播背后的因素的完全原子级的理解,而且目前的研究是这个主要的垫脚石努力,“Jaroniec说。

他补充说:“我们希望有一天,我们的小组和其他研究人员将能够使用类似的方法来解开可传播的朊病毒疾病的结构基础。”

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