Celem niniejszego projektu jest scharakteryzowanie wpływu surfaktantów gemini dikationowych, na
konformację ludzkiej cystatyny C oraz peptydu prionowego 58-93 i peptydów cystatynowych. Priony to
białka umiejscowione na powierzchni błony komórkowej, które odgrywają ważną rolę w adhezji, czyli
przyleganiu komórek do substancji międzykomórkowej, i w sygnalizacji wewnątrzkomórkowej. Białka o
zaburzonej konformacji w prawidłowo działającej komórce są degradowane przez proteinazy w lizosomach.
Patologiczne białko prionowe (PrPSc) ma inną konformację, dlatego jest oporne na działanie czynników
enzymatycznych i fizykochemicznych, a także jest częściowo oporne na działanie proteinazy. Wiadomo już,
że w wyniku zdolności do agregacji patologiczne białko prionowe odkłada się w postaci płytek lub włókienek
amyloidowych w centralnym układzie nerwowym. Podobna sytuacji obserwowana jest w przypadku ludzkiej
cystatyny C, która zdolna jest do tworzenia neurotoksycznych oligomerów lub złogów amyloidowych dla
swojej zmutowanej postaci (L68Q) oraz współstrącania się razem z blaszkami amyloidu β. W wyniku
odkładania się tych białek u pacjentów z różnymi chorobami neurodegeneracyjnymi - np. prionozami (zakaźne
encefalopatie gąbczaste – u ludzi to choroba Creutzfeldta-Jakoba, syndrom Gerstmanna-SträussleraScheinkear (GSS), śmiertelna bezsenność rodzinna (FFI), choroba kuru), amyloidozą typu islandzkiego lub
chorobą Alzheimera - powstają trwałe uszkodzenia, prowadzące do śmierci. W ostatnich latach, szacuje się,
że co najmniej 27 różnych białek jest amyloidogenicznymi czynnikami w wielu chorobach konformacyjnych.
Przypuszcza się, że surfaktanty gemini uniemożliwią agregację białka amyloidogennego, w wyniku czego
tworzyć się będą micele.
W planowanych badaniach będą wykorzystane surfaktanty gemini, ponieważ - w porównaniu do
konwencjonalnych surfaktantów - charakteryzują się one niższym krytycznym stężeniem micelarnym (CMC),
co ułatwia korzystanie z małych ilości materiału. Kationowe surfaktanty gemini, które mają być wykorzystane
w projekcie, będą pochodnymi bis-imidazolu ze zmienną szerokością łącznika i różną długością alkilowych
łańcuchów bocznych.
Informacje strukturalne o kompleksach surfaktant – białko będą uzyskane przy użyciu
zaawansowanych metod spektroskopowych, tj.: małokątowego rozpraszania promieniowania
synchrotronowego (SAXS), dichroizmu kołowego (CD), transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM),
dyfuzjometrii NMR oraz spektroskopii w podczerwieni z transformatą Fouriera (FTIR).
SAXS jest techniką, która umożliwia analizę struktury i oddziaływań cząsteczek biologicznych w
roztworze. Badania SAXS dostarczają informacji o strukturze i globalnej konformacji badanej cząsteczki
(cząsteczek). W związku z tym, za pomocą SAXS można badać mieszane układy surfaktant – białko lub
surfaktant – peptyd. Z kolei badania CD będą miały kluczowe znaczenie w określeniu zmian konformacyjnych
w strukturze drugorzędowej badanych białek i peptydów indukowanych przez surfaktanty gemini.
Spektroskopia w podczerwieni umożliwia badanie wibracji molekularnych i daje precyzyjne informacje o
składowych struktury drugorzędowej białek. Natomiast badania FTIR uzupełnią niezależnie wyniki z
pomiarów CD. Metoda DOSY umożliwia pomiar translacyjnej dyfuzji cząsteczek w roztworze. W badaniach
zaplanowanych w ramach projektu przewidziano oszacowanie współczynników dyfuzji (i promieni
hydrodynamicznych) w układach mieszanych surfaktant – białko (lub peptyd). Transmisyjna Mikroskopia
Elektronowa (TEM), jako jedna z metod analizy mikrostruktury materii, jest często wykorzystywana w celu
dostarczenia informacji na temat kształtu i rozkładu wielkości cząstek biologicznych. W projekcie
przewidziano analizę powstających agregatów i amyloidów z wykorzystaniem klasycznej mikroskopii TEM
(z negatywnym kontrastem).
Uzyskane w projekcie informacje strukturalne o powstałych kompleksach białko-surfaktant będą
ważne dla zrozumienia molekularnych podstaw hamowania chorób neurodegeneracyjnych, a zdobytą wiedzę
będzie można wykorzystać przy projektowaniu terapeutycznych leków.
Badania strukturalne wpływu surfaktantów gemini na modelowe peptydy amyloidogenne