تتكون ألياف الأميلويد من العديد من البروتينات، والألياف الناتجة تشترك في بنية "β متقاطع الصفيحة". هنا نصف كيف يمكن تجهيز عينات الألياف الأميلويدية لحيود ألياف الأشعة السينية وكيفية تحليل الأنماط.
مقالة منهجية
تتكون ألياف الأميلويد من العديد من البروتينات، والألياف الناتجة تشترك في بنية "β متقاطع الصفيحة". هنا نصف كيف يمكن تجهيز عينات الألياف الأميلويدية لحيود ألياف الأشعة السينية وكيفية تحليل الأنماط.
تتكون ألياف الأميلويد من بروتين غير مطوي ومركب ذاتيا منظم في بنية متكررة ومحددة جيدا. تشتهر بدورها المهم في أمراض انطواء البروتين، بما في ذلك مرض الزهايمر ومرض السكري من النوع الثاني، حيث تترسب ألياف الأميلويد غير القابلة للذوبان في الأنسجة. علاوة على ذلك، وجد أنها تلعب دورا وظيفيا مهما في العديد من الكائنات الحية، حيث توفر القوة والسقالات والحماية. تم استناد النماذج الهيكلية الأولى للأميلويد إلى بيانات حيود ألياف الأشعة السينية من حزم ألياف الأميلويد المحاذاة. وقد أدى ذلك إلى نماذج مبكرة للبنية العامة عبر β والتي تم استبدالها بتحليل حيود أكثر تفصيلا من عينات عالية التوجيه وشبه بلورة، مما أدى إلى تفاصيل تنظيم الببتيدات في بنية متكررة. هنا، ركزنا على وصف طرق تحديد البنية الأساسية لهذه الألياف، ووصفنا الخصائص المشتركة للألياف الأميلويدية من مصادر ممرضة ووظيفية وصناعية متنوعة. نصف إعداد العينات، وجمع البيانات، والتحليل اللاحق للبيانات لإنتاج هيكل نموذجي يمكن مقارنته بالبيانات التجريبية.
تم التعرف على ألياف الأميلويد لأول مرة ضمن مجموعة من الأمراض المعروفة باسم الأميلويدوزات، حيث تتراكم الألياف البروتينية في الفراغات خارج الخلية للأنسجة1. يتميز كل مرض ببروتين سلفي معين يخضع لتغير شكلي ليكون ألياف بروتينية منظمة ومستقرةللغاية 2,3. التعريف الأحدث للألياف الأميلويدية يشمل الآن الألياف التي تتراكم داخل البيئة الخلوية. مؤخرا، تم تحديد عدد من الأنظمة الوظيفية التي تستخدم بنية الأميلويد لتوفير الاستقرار والالتصاق أو حتى تخزين المعلومات. على الرغم من التنوع الواسع في هياكل البروتين التي يمكن أن تتجمع ذاتيا لتكوين ألياف الأميلويد، إلا أنها جميعا تشترك في بنية β متقاطعة4. تم وصف هذا الترتيب المتقاطع-β لأول مرة من قبل أستبري لبياض البيضالدجاجة 5، ثم شرحه جيديس لحرير β المتقاطع6. في هذه البنية البروتينية، تتكون الألياف من β خيوط تمتد عمودية على محور الألياف الليفي، ثم ترتب في صفائح β ترتبط عبر السلاسل الجانبية لتشكل ما أشير إليه لاحقا بسحابات السحاب السحابية7. هذا يخلق تنظيما مستقرا للغاية يربط معا عبر روابط هيدروجينية تمتد بشكل مواز للألياف، إلى جانب تفاعلات كارهة للماء، كهروستاتيك، وقطبية عبر سلاسل جانبية8.
استخدمت الدراسات الهيكلية المبكرة حيود ألياف الأشعة السينية لفحص بنية ألياف الأميلويد، حيث تم محاذاة وتوجيه الألياف لتشكيل حزمة من ألياف الأميلويد يمكن وضعها في شعاع الأشعة السينية لمقياس الحيود 9,10. تم إنشاء بنية عامة لألياف الأميلويد لتتناسب مع أنماط الحيود من عدة ألياف أميلويدية مستخرجة من أنسجة مرضية بشرية أو نمت في المختبر4، وقد وفر هذا أساسا لمزيد من الوصف البنيوي11. في السنوات الأخيرة، قدمت التطورات في الرنين المغناطيسي النووي في الحالة الصلبة (ssNMR)، وعلم البلورات بالأشعة السينية الدقيقة، والمجهر الإلكتروني المبرد (CryoEM) تفاصيل ذرية للبنية المتقاطعة β11. ومع ذلك، تظل طريقة حيود ألياف الأشعة السينية مهمة ومفيدة، وتوفر معلومات حول التنظيم المتكرر للبروتينات. علاوة على ذلك، في بعض الحالات، قد تكون المعلومات المتعلقة بأمر طويل المدى متاحة. بشكل أساسي، يستخدم حيود ألياف الأشعة السينية غالبا لتأكيد وجود ألياف الأميلويد المكونة من بروتينات مختلفة، ونمط β المتقاطع هو أحد المتطلبات الرئيسية لتصنيف التجميع الليفي كأميلويد12.
هنا، نصف المنهجية المستخدمة لتحضير ألياف الأميلويد ومحاذاتها لجمع بيانات حيود ألياف الأشعة السينية. علاوة على ذلك، نقدم تفاصيل حول كيفية تحليل بيانات الحيود بشكل أعمق لتوليد هيكل النموذج، ونمط الحيود المتوقع له، ومقارنته ببيانات الحيود المستخرجة من الألياف المشتقة من خارج الجسم الحي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. تحضير عينات ليفية لحيود ألياف الأشعة السينية
2. تحليل البيانات
3. النمذجة الهيكلية واختبار النموذج باستخدام CLEARER
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
مثال CcbMet24: يظهر الشكل 1 صور إلكترونية مجهرية تظهر كثافة عالية من ألياف الأميلويد على شبكة مناسبة لتحضير عينة ألياف الأشعة السينية. يصف الشكل 2 القوام المختلفة التي يمكن توليدها من حزمة الألياف الليفية (الشكل 2A)، والقرص (الشكل 2B)، والحصير/الفيلم (الشكل 2C)، ويظهر اتجاه شعاع الأشع...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يمكن استخدام حيود ألياف الأشعة السينية لتقييم ما إذا كانت العينة تشكل بنية أميلويد ولاكتساب مزيد من الفهم حول التنظيم الجزيئي للبروتين أو الببتيد السلف داخل الألياف. هنا، وصفنا الطرق التي يمكن من خلالها تحضير عينات ليفية لحيود ألياف الأشعة السينية، والحصول على البيانات، ثم تحليلها. والأهم من ذلك، أن جودة البيانات التي يتم الحصول عليها تعتمد على كلا الترتيبين داخل الألياف الفردية. لذلك، فإن تحضير العينة الأولي أمر بالغ الأهمية، وما إذا كانت الألياف صناعية أو مستخرجة من الأنسجة سيؤثر أيضا ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لا يوجد لدى المؤلفين أي تضارب مصالح للكشف عنها
يرغب المؤلفون في الشكر على مساعدة الدكتور بافل سيكورسكي والبروفيسور إدوارد أتكينز في تطوير برنامج CLEARER وتحليل الأنماط. كتب البرنامج الدكتور أوسومينر ماكين. وقد تم دعم هذا العمل بتمويل من مؤسسة أبحاث الزهايمر وBBSRC.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.7 ملم قطرها الأشعة السينية أنابيب زجاج الكوارتز | GLAS, W. Muller, D-13503, Berlin, Germany | Q-07-001-80 | |
| أنابيب زجاجية 1.5 ملم من البورسليكات | Harvard appatus Ltd, (Edenbridge, Kent, UK) | BS4 30-0074 | مثال، متاح لدى مصنعين آخرين |
| الحيود بالأشعة السينية لبلورات البروتين | مختلف | مصنعين مختلفين |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن