Amyloid – sjukdomsorsak och möjlig tillverkare av nanoelektronik
Hopklumpade proteiner, så kallad amyloid, ligger inte bara bakom sjukdomar som Parkinson, Alzheimer och ALS. De kan även bistå vid tillverkning i industrin, exempelvis inom nanoelektronik. Det visar Mantas Malisauskas i den avhandling han försvarar vid Umeå universitet 12 september.
Proteiner är den huvudsakliga byggstenen i levande organismer. De uppvisar en oerhörd variation i sin uppbyggnad och är inblandade i livets alla biokemiska processor. Det är därför inte överraskande att felaktig funktion hos ett protein ligger bakom ett antal mänskliga sjukdomar kända som amyloidsjukdomar eller sjukdomar som beror på felaktig proteinveckning. Till dessa hör Alzheimers demens, Parkinsons sjukdom, Skellefteåsjukan och typ 2-diabetes med flera. Dessa sjukdomar associeras ofta med åldrande och på grund av väsentligt ökad medellivslängd har de blivit ett allvarligt socialt och finansiellt problem i hela världen. Förståelse av mekanismerna bakom dessa sjukdomar ger en grund för att behandla dem på molekylär nivå och möjlighet att designa läkemedel baserat på målproteinernas struktur.
Avhandlingsarbetets första mål var att klargöra de molekylära mekanismerna bakom amyloidbildning av enzymet lysozym. Det huvudsakliga fokuset låg på att identifiera övergångsformerna i oligomerform och beskriva deras roll vid bildandet av amyloid. Ett antal moderna biofysiska tekniker användes, inklusive toppmodern AFM (atomic force microscopy, en högupplösande mikroskoperingsteknik). Teknikerna gav möjlighet att visualisera hur amyloidstrukturers fungerar i realtid under fysiologiska förhållanden. Ett antal olika förhållanden simulerades för att avslöja proteinets uppförande vid stress från omgivningen.
Destabilisering av proteinet och en population av delvis veckade mellanformer av detsamma har visats vara nödvändiga för att sätta igång tillväxt av amyloid. Flyktiga amyloidoligomerer – hopklumpningar av proteiner innehållande mellan 4 och 20 proteinmolekyler – har upptäckts och beskrivs i detalj. Forskargruppen visar att amyloidoligomerernas giftighet för cellerna, snarare än amyloidfibrillernas, beror på deras storlek och stabiliseringen av ett särskilt mönster, cross-sheet-mönster, i deras kärna. De cytotoxiska oligomererna ska därför ses som primära mål vid utarbetande av strategier för att förebygga bildandet av amyloid.
Avhandlingens andra mål var att använda amyloidfibriller i nanoteknologiska processer för tillverkning av nanotrådar i silver. Trådarnas tjocklek är i storleksordningen nanometer (nm). En nanometer är en miljondels millimeter. Trådarna är anmärkningsvärt regelbundna till formen, symmetriska och stabila, kemiskt såväl som fysiskt. Med amyloidfibriller av lysozym som mall har gruppen framställt en ultratunn nanotråd i silver med en diameter på 1,0 till 2,5 nm i diameter och 2 mikrometers längd. I skrivande stund är detta den tunnaste metalltråd som framställts från biologisk mall. Resultaten understryker att spontant bildade proteinkomplex har stor potential att tjäna som tillverkande nanostrukturer i nanoelektronik och andra industriella områden.
Onsdag 12 september försvarar Mantas Malisauskas, Inst. för medicinsk kemi och biofysik, Umeå universitet sin avhandling med titeln ”The Amyloid: Structure, Properties and Application”. Disputationen äger rum klockan 9.00 i sal KB3A9, KBC-huset, Umeå universitet. Fakultetsopponent är Prof. Fabrizio Chiti, Università degli Studi di Firenze, Italien.
Kontaktinformation
För mer information, kontakta Mantas Malisauskas, Inst. för medicinsk kemi och biofysik på telefon 090-786 52 83, mobiltelefon 073-679 26 33 eller e-post Mantas.Malisauskas@medchem.umu.se.
