帕金森病：研究发现，铜会导致蛋白质聚集
环境中的铜暴露和人类大脑中的蛋白质α-synuclein可以在帕金森病的发病机制中发挥重要作用。来自Empa和利默里克大学的一个团队能够展示蛋白质在接触大量铜离子时如何呈现出不寻常的形状。这些发现可以帮助制定治疗神经退行性疾病的新策略。
帕金森病的原因尚未完全了解。早在典型的肌肉颤动开始之前，大脑中出现有缺陷的蛋白质可能是第一个迹象。Empa和爱尔兰利默里克大学的研究人员现在仔细研究了这些α-synuclein以蛋白质环的形式出现的异常形状。通过这样做，他们还能够在纳米尺度上可视化与铜环境污染的联系。这为神经退行性疾病的发展以及生物金属在疾病过程中的作用提供了新的线索。此外，这些发现可以为改善疾病的早期发现和治疗提供机会。
可疑金属
关于帕金森病的已知情况是，大脑中的神经元会死亡，导致神经递质多巴胺缺乏。在疾病的后期，这会导致肌肉颤抖、肌肉僵硬甚至不动。缓慢进展的疾病是世界上仅次于阿尔茨海默氏症的第二大最常见的神经退行性疾病。农药或金属等环境因素可能会促进帕金森氏症的发生。
由Nanoscale Interfaces实验室传输的Empa研究员Peter Nirmalraj领导的团队正在使用成像技术和化学光谱学以及与利默里克大学Damien Thompson团队合作进行计算机模拟来研究这一假设。研究人员正在瞄准一种参与帕金森氏症发展中几个分子过程的蛋白质：α-synuclein。在受影响的个体中，这种内源性蛋白质聚集在一起，导致神经细胞死亡。研究人员怀疑，高浓度的铜会干扰这些过程并加速疾病过程。
邪恶的戒指
为了可视化α-synuclein在纳米尺度上的凝聚，纤维素和木材材料实验室的Empa研究员Silvia Campioni人工生产了该蛋白质。然后，研究人员使用原子力显微镜观察了最初在溶液中的蛋白质，持续了十天，因为它形成了单独的不溶性丝状结构，最后聚集在一起形成一个密集的纤维网络。根据这些图像，在实验室可以以令人印象深刻的精度观察到可溶性蛋白质在疾病进展期间转化为长度约1微米的块状纤维。
如果研究人员随后在蛋白质溶液中添加铜离子，显微镜下会出现完全不同的结构：大约7纳米大小的环形蛋白质结构，即所谓的寡聚体，仅在几个小时内出现在试管中。这种环形寡聚物的存在及其细胞损伤作用已经为人所知。此外，更长的纤维状结构比无铜溶液更早出现。
Peter Nirmalraj说，一方面，高剂量的铜似乎加速了聚集过程。然而，此外，这种不寻常的环形蛋白质结构在铜的影响下发展得相对较快，这可能标志着病理过程的开始，甚至触发它。研究人员还使用分子动力学计算机模拟，以10至100纳秒的微小步骤分析了铜离子与α-synuclein的结合。
早期测试
Nirmalraj希望，由于寡聚体环是在蛋白质转化初期形成的，因此这些环可以作为新形式治疗的目标。此外，这些发现可以帮助推进帕金森氏症测试的发展，该测试可以在体液的早期阶段检测疾病，例如，使用脊髓液样本。
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