Amyloidogenne właściwości peptydów (L-Glu)n

Częściowa destabilizacja struktury natywnej białka, może faworyzować zachodzenie procesu agregacji, co wiąże się z powstawaniem wysoce uporządkowanych (β-kartkowych), fibrylarnych struktur, które noszą nazwę amyloidów. Odkładanie się takich nierozpuszczalnych struktur w tkankach jest często powiązane z etiologią szeregu chorób degeneracyjnych m.in. chorobami Alzheimera, Parkinsona, czy Huntingtona. Postulat, że formowanie fibryli amyloidowych jest generyczną cechą białek jako poliamidów poszerzył grupę badanych w tym kontekście białek o syntetyczne peptydy, w tym poli-α-aminokwasy. Uproszczenie sekwencji aminokwasowej sprawia, że homopolipeptydy stanowią ciekawe modele biofizyczne dla badań konformacyjnych, w tym prób scharakteryzowania wciąż niedostatecznie poznanego, a istotnego ze względów klinicznych, mechanizmu agregacji amyloidowej. W niniejszej pracy skorzystano z modelowego homopolipeptydu – kwasu poli-L-glutaminowego (PLGA) oraz oligomerów kwasu L-glutaminowego o różnej liczbie reszt (Glu). Wykorzystano bowiem fakt, że PLGA w sprzyjających warunkach fizykochemicznych tworzy szczególny typ amyloidu (tzw. β2), którego β-kartkowy szkielet wspierany jest układem wiązań wodorowych z bifurkującym akceptorem charakteryzujący się nietypowym widmem FT-IR. Zasadniczym celem przeprowadzonych badań było głębsze poznanie molekularnego oraz fizykochemicznego mechanizmu amyloidogenezy peptydów (L–Glu)n oraz czynników mających wpływ na polimorfizm powstających fibryli amyloidowych. Szczegółowo podjęto się wyjaśnienia następujących problemów badawczych: (1) ustalenia najkrótszej sekwencji łańcucha peptydowego, złożonego z reszt kwasu L-glutaminowego, która stanowi minimalny model przemiany konformacyjnej RC/α–helisa → struktura β2, (2) zbadania pokrewieństwa przemian konformacyjnych krótkich oraz długich łańcuchów (L-Glu)n, oraz (3) wyjaśnienia konsekwencji modyfikacji kowalencyjnych na N– oraz C–końcach łańcuchów peptydowych (L-Glu)n na przebieg procesu agregacji amyloidowej.

Partial destabilization of the native protein structure may favor the process of protein aggregation, which involves the formation of highly ordered, fibrillar structures called amyloids. The deposition of such insoluble structures in human tissues is linked to the number of amyloid disorders, e.g. Alzheimer's, Parkinson's and Huntington's disease. Formation of amyloid fibrils is thought to represent a common property of proteins associated with their polymeric nature as polyamides. Essentially the same process can be induced in vitro in synthetic peptides which are not associated with any known diseases what makes poly-L-glutamic acid (and other poly-α-amino acids) an interesting biophysical model for amyloidogenesis. In this work, a model homopolypeptide - poly-L-glutamic acid (PLGA) and synthetic oligomers with different number of L-glutamic acid residues were used. PLGA under favorable conditions adopts a special type of amyloid (β2) with an unusual FT-IR spectrum as a result of the formation of bifurcated hydrogen bonds, which stabilize the fibrils. The main goal of the conducted research was a deeper insight in the molecular mechanism of the amyloidogenesis of the (L-Glu)n peptides and factors affecting the polymorphism of the resulting amyloid fibrils. Particular attention was paid to following issues: (1) the shortest sequence of the (L-Glu)n peptide, which is the critical model of conformational transformation RC/α-helix → β2 structure, (2) comparison of conformational transformations of short and long (L-Glu)n peptides, and (3) consequences of covalent modifications on the N- and C-termini of (L-Glu)n peptides on the mechanism of the aggregation.