Hogyan csomósodnak össze a tau fehérjék az Alzheimer-kórban?
Az Alzheimer-kór egyik meghatározó jellemzője a Tau nevű fehérjék felhalmozódása az agyban. Ahogy ezek a csomók növekednek és terjednek, az agysejtek elveszítik megfelelő működésük képességét. A Tau fehérjék összecsomósodásának pontos megértése ezért fontos cél a betegség lassítására vagy megállítására törekvő tudósok számára.
A Tau fehérjék az egészséges agysejtekben rugalmas stabilizátorokként segítik a mikrotubulusoknak nevezett belső struktúrák fenntartását. De amikor károsodnak vagy rosszul hajtódnak össze, összeragadhatnak és hosszú rostokat képezhetnek. Ezeknek a rostoknak merev, jól rendezett magjuk van, amelyet laza, rugalmas fehérjeszegmensek vesznek körül. A tudósok gyakran bolyhos kabátnak (fuzzy coat) nevezik ezt a külső réteget, mert folyamatosan mozog és alakot változtat.
Eddig rendkívül nehéz volt ezt a bolyhos kabátot tanulmányozni. A legtöbb szerkezeti vizsgálati technika merev, stabil molekulákon működik a legjobban. Ennek eredményeként a kutatók főként a Tau fibrillumok szilárd belső magjára koncentráltak, míg a bolyhos külső réteg – annak ellenére, hogy a fehérje körülbelül 80%-át teszi ki – nagyrészt feltáratlan maradt.
A Massachusetts Institute of Technology vegyészei most megtalálták a módját, hogy ezt megváltoztassák. Egy fejlett nukleáris mágneses rezonancia (NMR) spektroszkópia segítségével először sikerült feltérképezniük a bolyhos kabát szerkezetét és mozgását. Az NMR úgy működik, hogy méri, hogyan reagálnak az atommagok a mágneses mezőkre, ami révén kiderül, hogyan vannak elrendezve az atomok és hogyan mozognak.
Az eredményeket a Journal of the American Chemical Society című folyóiratban tették közzé. Az MIT csapata bemutatja, hogy olyan kísérleteket tervezett, amelyek segítségével nyomon követhették, hogyan terjednek a mágneses jelek a Tau fibrillum merev magjából a rugalmas külső régiókba. A jelek terjedési sebességének mérésével a kutatók becsülni tudták, hogy a fehérje különböző részei milyen közel vannak egymáshoz, és milyen szabadon mozognak.
Az eredmények meglepően szervezett képet mutattak. A kutatók megállapították, hogy a Tau fibrillum egy szorosan tekert burritóra hasonlít. A közepén található a merev mag, amelyet a szőrös bevonat rétegei vesznek körül. Ezek közül néhány réteg lassan mozog és viszonylag közel marad a maghoz, míg mások – különösen a legkülső réteg – rendkívül rugalmasak.
A legmozgékonyabb régiók egy prolin nevű aminosavban gazdagok. Korábban úgy gondolták, hogy ezeket a prolinban gazdag szegmensek, részben a maghoz tapadnak, de az új adatok azt mutatják, hogy nagyon mozgékonyak. Ez valószínűleg azért történik, mert pozitív elektromos töltést hordoznak, amely taszítja az ugyancsak pozitív töltésű magot, és kifelé tolja őket.
Ennek a szerkezetnek a megértése fontos következményekkel jár a betegségre nézve. A tudósok úgy vélik, hogy a rosszul hajtogatott Tau sablonként működhet, arra kényszerítve a normális Tau fehérjéket, hogy ugyanazt a káros formát vegyék fel. A bolyhos köpeny mag körüli elhelyezkedése arra utal, hogy az új Tau fehérjék inkább a fibrillumok végéhez kapcsolódnak – lehetővé téve azok hosszabb növekedését -, mintsem az oldalukra halmozódnának.
Az MIT kutatói remélik, hogy a szőrös bevonat szerkezetének feltárása segíteni fog a gyógyszerfejlesztőknek olyan molekulák tervezésében, amelyek áthatolnak ezen a külső rétegen, és szétbontják a Tau-csomókat. Azáltal, hogy végre meglátták a fehérje ezen rejtélyes részét, a tudósok egy lépéssel közelebb kerültek az Alzheimer-kór és a kapcsolódó agyi betegségek kialakulását előidéző folyamat megértéséhez és potenciális megállításához.