The role of conformational memory effect in propagation of structural variants of insulin amyloid fibrils

Abstract

W sprzyjających warunkach fizykochemicznych molekuły natywnego białka mogą ulec rozwinięciu i asocjacji tworząc tzw. włókna (fibryle) amyloidowe – nierozpuszczalne, β-kartkowe agregaty. Struktury te nie tylko pozbawione są (z reguły) prawidłowej aktywności biologicznej swoich rozpuszczalnych prekursorów, ale ich pojawienie się w organizmie może być powiązane z tzw. chorobami konformacyjnymi m.in. chorobami Alzheimera, Parkinsona, czy Creutzfeldta-Jakoba (choroba prionowa). To sprawia, że badanie molekularnych mechanizmów amyloidogenezy oraz różnorodności struktur i właściwości biochemicznych agregatów amyloidowych jest nie tylko ciekawe, ale przede wszystkim ważne klinicznie. W niniejszej pracy odtworzono w kontrolowanych warunkach in vitro agregację modelowego, niepatogennego białka insuliny. Celem przeprowadzonych badań było podjęcie problematyki związanej z zależną od zasiewania proliferacją zarodków amyloidowych insuliny, a w szczególności: (1) wyjaśnienie kwestii termicznej stabilności zarodków amyloidu insuliny w odniesieniu do ich zdolności do indukowania pokoleń potomnych fibryli, (2) badanie wpływu punktowych podstawień w sekwencji aminokwasowej insuliny poza tzw. rejonem rdzenia amyloidowego na polimorfizm strukturalny powstających fibryli amyloidowych, (3) analiza stabilności fenotypu amyloidowego zarodka w trakcie propagacji w pokoleniach potomnych oraz badanie addytywności efektów pochodzących od konkurencyjnych fenotypów.Under permissive i.e. slightly destabilizing conditions, proteins tend to misfold and aggregate into highly ordered linear β-aggregates – the so-called amyloid fibrils. These structures are linked to several human degenerative disorders, including Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, Creutzfeldt-Jakob disease (“prion disease”). These features make protein amyloidogenesis not only an interesting but also clinically important research topic. In this work aggregation of model, nonpathogenic protein – insulin – was reproduced in vitro under controlled conditions. The central goal was to study seeding-dependent fibrillation patterns of this protein. Particular attention was paid to following issues: (1) thermal stability of amyloid fibrils in terms of capacity to seed daughter fibrils, (2) relation between amyloid polymorphism and variations in the amino acid sequence beyond the critical amyloidogenic regions, and (3) mechanisms of stable propagation of mother amyloid phenotype in daughter generation of fibrils