Белки Сгустки в теле, называемые «амилоидами», тесно связаны с болезнью Альцгеймера и диабетом 2 типа. Если бы врачи знали, как эти белки образуют сгустки, они могли бы лечить такие заболевания более эффективно. Физику Адриану Келлеру и его коллегам из Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf и университета в Орхусе, Дания, удалось воссоздать, как белки образуют сгустки искусственно.
Поверхность клетки играет важную роль в образовании амилоидов, потому что белки откладываются на ней и образуют сгустки. Амилоиды образуются на определенных клетках поджелудочной железы и головного мозга, при диабете 2 типа и болезни Альцгеймера, соответственно. Даже с помощью современных высокопроизводительных инструментов невозможно наблюдать процессы внутри тела.
Такие ученые, как Адриан Келлер, который в настоящее время занимается исследованиями в Междисциплинарном центре нанотехнологий «iNano» в Орхусе, на самом деле пытаются воссоздать эти процессы с реальными белками на искусственных поверхностях в лаборатории. Это звучит проще, чем есть на самом деле. Кажется, что на образование этих комков влияет гидрофильность и гидрофобность поверхности. Гидрофильные поверхности легко намочить, а гидрофобные имеют свойство отталкивать воду.
Адриану Келлеру удалось настроить поверхность слюды, встречающейся в природе группы кристаллов силикатных минералов, с помощью устройства. Медленные, положительно заряженные атомы инертного газа аргона лишь незначительно проникают в поверхность кристалла с небольшой скоростью. «Это химически активирует поверхность без значительного изменения шероховатости», - объясняет Адриан Келлер, первая остановка процесса настройки. Изменение шероховатости также окажет значительное влияние на образование амилоидов.
Слюду с активированной поверхностью просто хранят в ящиках в лаборатории в течение нескольких недель. За это время кристалл медленно поглощает углеводороды из воздуха. Со временем они превращают первоначально гидрофильную поверхность в более гидрофобную, пока примерно через три месяца она не станет полностью «водоотталкивающей».
В течение этих трех месяцев Келлер может проводить свои эксперименты и всегда точно знать, насколько гидрофобна слюда в любой момент. Он откладывает на кристалле небольшой белок под названием «амилин». Определенные клетки поджелудочной железы производят это вещество вместе с инсулином. Если развивается диабет 2 типа, организм сначала хуже реагирует на инсулин, регулирующий уровень сахара в крови. Поджелудочная железа, в свою очередь, производит больше инсулина, а также больше амилина. Это увеличивает концентрацию амилина, и некоторые белки амилина внезапно принимают другую форму. Этот процесс немного напоминает зонт, вывернутый наизнанку сильным порывом ветра; таким образом, создавая «дождевую чашу».
Изменения первых белков также влияют на соседние белки и трансформируют дополнительные амилины. Вывернутые наизнанку белки, в свою очередь, начинают агрегировать и образуются амилоиды. Они разрушают поверхность некоторых клеток и, таким образом, снижают выработку инсулина. Организм, в свою очередь, увеличивает активность оставшихся клеток и запускает опасный цикл, который, в конце концов, может парализовать всю выработку инсулина.
Когда поверхность в экспериментах Адриана Келлера является гидрофильной, тогда амилин агрегируется на слюде в белковые кластеры, которые называются «фибриллами». Однако если поверхность состарилась на несколько недель и, таким образом, стала более гидрофобной, то образуются крошечные комки, которые называются «олигомерами». Фибриллы и олигомеры разрушают клеточную поверхность с помощью различных механизмов и, таким образом, препятствуют выработке инсулина.
Благодаря индивидуализированным поверхностям, созданным исследователями Гельмгольца в Дрездене, теперь впервые стало возможным детально наблюдать процесс слипания белков. Однажды могут быть обнаружены стратегии предотвращения агрегации и, следовательно, развития болезни. И не только от диабета 2 типа, но, возможно, и от неизлечимой в настоящее время болезни Альцгеймера.
Опубликовано в Журнале химической физики.