Известно, что агрегация β-амилоидного пептида (Aβ) способствует накоплению амилоидных бляшек в мозге человека, что приводит к формированию целого ряда заболеваний, в том числе болезнь Альцгеймера. Нейротоксичность основных компонентов пептидов Aβ, может быть опосредована прямым взаимодействием между белками и липидными мембранами.

Данная работа посвящена изучению конформационных изменений пептида Aβ(1-42) в присутствии фосфолипидной системы – в миметиках, таких как липосомы и липодиски. Исследование проводилось методом рамановской спектроскопии, который является неинвазивным, быстрым и одним из мощных диагностических инструментов не требующим сложной подготовки и большого объёма исследуемого материала. В данной работе мы представляем сравнительный анализ конформационных изменений чистого пептида Aβ(1-42) со временем, в том числе в системе фосфолипидных мембран.

Целью нашего исследования было выяснить закономерность структурных изменений в области Амида I в рамановских спектрах пептидов, способствующих формированию амилоидных бляшек. В качестве фосфолипидов для исследования были выбраны: полностью насыщенный фосфолипид DMPC.

В результате работы установлено, что пептид, растворенный в воде, вне липидной системы, склонен к агрегации. При добавлении пептида Aβ(1-42) в процессе формирования липосом, увеличивается вероятность встраивания белка в липидный бислой. В такой системе белок переходит на более стабильную структуру – превалирует α-helix конформация. При добавлении пептида Aβ к сформированным липосомам, уменьшается вероятность встраивания пептида в структуру бислоя, что также приводит к формированию амилоидных фибрилл. В случае с липодисками, со встроенным пептидом Аβ, его структура меняется на β-turn конформацию. Полученные спектральные данные подтверждаются расчетами моделирования – молекулярной динамики (MD), а также методом расчета теории функционала плотности (DFT).



Литература:

1. A. Accardo, V. Shalabaeva, M. Cotte, M. Burghammer, R. Krahne, C. Riekel, S. Dante. «Amyloid β Peptide Conformational Changes in the Presence of a Lipid Membrane System». Langmuir, 30(11), 2014.

2. N.V. Surovtsev. Raman spectroscopy of phospholipid membranes. Institute of Automation and Electrometry, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia, 2021.

The aggregation of β-amyloid peptide (Aβ) is known to contribute to the accumulation of amyloid plaques in the human brain, leading to the formation of a variety of diseases, including Alzheimer's disease. The neurotoxicity of the major components of Aβ peptides, may be mediated by a direct interaction between proteins and lipid membranes.

This work focuses on the study of conformational changes of Aβ(1-42) peptide in the presence of a phospholipid system - in mimetics such as liposomes and lipodiscs. The study was performed by Raman spectroscopy which is non-invasive, fast and one of the most powerful diagnostic tools that does not require complex preparation and a large volume of material. In this work we present a comparative analysis of conformational changes of pure peptide Aβ(1-42) during the time, including in the phospholipid membrane system.

The aim of our study was to clarify the pattern of structural changes in the amide I region in the Raman spectra of peptides that contribute to the formation of amyloid plaques. The fully saturated phospholipid – DMPC, were chosen in our study.

The results showed that the peptide dissolved in water, outside the lipid system, was prone to aggregation. When Aβ(1-42) peptide is added during liposome formation, the probability of protein incorporation into the lipid bilayer is increased In such a system, the protein passes to a more stable structure – the α-helix conformation prevails. When Aβ peptide is added to the formed liposomes, the probability of peptide incorporation into the bilayer structure decreases, which also leads to the formation of amyloid fibrils. In the case of lipodiscs, with an embedded Aβ peptide, its structure changes to a β-turn conformation. The obtained spectral data are confirmed by simulation calculations – molecular dynamics (MD), as well as by the density functional theory (DFT) calculation method.



Referense:

1. A. Accardo, V. Shalabaeva, M. Cotte, M. Burghammer, R. Krahne, C. Riekel, S. Dante. «Amyloid β Peptide Conformational Changes in the Presence of a Lipid Membrane System». Langmuir, 30(11), 2014.

2. N.V. Surovtsev. Raman spectroscopy of phospholipid membranes. Institute of Automation and Electrometry, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia, 2021.