סיבי עמילואיד נוצרים על ידי חלבונים רבים, והסיבים המתקבלים חולקים מבנה "β-יריעה". כאן אנו מתארים כיצד ניתן להכין דגימות סיבים אמילואידיים לדיפרקציה של סיבי רנטגן וכיצד ניתן לנתח את הדפוסים.
מאמר שיטה
סיבי עמילואיד נוצרים על ידי חלבונים רבים, והסיבים המתקבלים חולקים מבנה "β-יריעה". כאן אנו מתארים כיצד ניתן להכין דגימות סיבים אמילואידיים לדיפרקציה של סיבי רנטגן וכיצד ניתן לנתח את הדפוסים.
סיבי עמילואיד מורכבים מחלבון מקופל בצורה לא נכונה, המורכב מעצמו, המאורגן למבנה מוגדר היטב וחזרתי. הם ידועים בתפקידם החשוב במחלות של קיפול חלבוני בצורה שגויה, כולל מחלת אלצהיימר וסוכרת סוג 2, שבהן סיבי העמילואיד הבלתי מסיסים שוקעים ברקמות. יתרה מזאת, נמצא כי הם ממלאים תפקיד תפקודי חשוב באורגניזמים רבים, ומספקים חוזק, פיגומים והגנה. המודלים המבניים הראשונים של עמילואיד התבססו על איסוף נתוני דיפרקציית סיבי רנטגן מחבילות של סיבי עמילואיד מיושרים. כתוצאה מכך, נוצרו מודלים מוקדמים של מבנה β חוצה גנרי, שהוחלף בניתוח דיפרקציה מפורט יותר מדגימות מכוונות וחצי-גבישיות, מה שהוביל לפרטים של ארגון פפטידים לארכיטקטורה חזרתית. כאן התמקדנו בתיאור שיטות לקביעת הארכיטקטורה הבסיסית של סיבים אלו, ותיארנו את התכונות המשותפות של סיבי עמילואיד ממקורות פתוגניים, פונקציונליים וסינתטיים מגוונים. אנו מתארים את הכנת הדגימות, איסוף הנתונים וניתוח הנתונים לאחר מכן כדי ליצור מבנה מודל שניתן להשוות לנתונים הניסיוניים.
סיבי עמילואיד זוהו לראשונה בתוך קבוצת מחלות הידועה כאמילואידוזה, שבה סיבי חלבון מצטברים במרחבים החוץ-תאיים של רקמות1. כל מחלה מאופיינת על ידי חלבון מקדים מסוים שעובר שינוי קונפורמציה ליצירת סיבי חלבון מסודרים ויציבים 2,3. ההגדרה העדכנית יותר של סיבים אמילואידיים כוללת כיום סיבים שמצטברים בסביבה התאית. לאחרונה זוהו מספר מערכות פונקציונליות המשתמשות במבנה העמילואיד כדי לספק יציבות, הידבקות או אפילו אחסון מידע. למרות המגוון הרחב של מבני חלבון שיכולים להרכיב את עצמם ליצירת סיבי עמילואיד, כולם חולקים מבנה חוצה-β4. סידור β צולב זה תואר לראשונה על ידי אסטבורי עבור חלבון ביצת תרנגולות5 ולאחר מכן הוסבר בהרחבה על ידי גדס עבור משי צולבβ 6. בארכיטקטורה זו של חלבונים, הסיבים מורכבים מ-β גדילים שרצים בניצב לציר הסיביים, אשר מסודרים ל-β גיליונות שמתחברים דרך שרשראות הצדדים ליצירת מה שנקרא מאוחר יותר רוכסני סטריק7. זה יוצר ארגון יציב מאוד שמוחזק יחד באמצעות קשרי מימן המקבילים לסיב, לצד אינטראקציות הידרופוביות, אלקטרוסטטיות ופולריות דרך שרשראות צדדיות8.
מחקרים מבניים מוקדמים השתמשו בדיפרקציה של סיבי רנטגן כדי לבחון את מבנה סיבי העמילואיד, כאשר הסיבים היו מיושרים ומכוונים ליצירת צרור של סיבי עמילואיד שניתן היה למקם בקרן הרנטגן של דיפרקטומטר 9,10. נוצר מבנה גנרי של סיבי עמילואיד כדי להתאים לדפוסי הדיפרקציה ממספר סיבי עמילואיד שהופקו מרקמת מחלה אנושית או שגודלו במבחנה4, וזה סיפק בסיס לתיאורים מבניים נוספים11. בשנים האחרונות, התקדמות בתהודה מגנטית גרעינית במצב מוצק (ssNMR), קריסטלוגרפיית מיקרוקריסטלים בקרני רנטגן ומיקרוסקופיה אלקטרונית קריוגנית (CryoEM) סיפקה פירוט אטומי למבנה חוצה-β11. עם זאת, שיטת דיפרקציית סיבי רנטגן נותרה חשובה ושימושית, ומספקת מידע על הארגון החוזר של החלבונים. יתרה מזאת, במקרים מסוימים, מידע הנוגע לפקודה לטווח ארוך עשוי להיות נגיש. בעיקרון, דיפרקציית סיבי רנטגן משמשת לעיתים קרובות לאישור נוכחות סיבי עמילואיד הנוצרים מחלבונים שונים, ודפוס β חוצה הוא אחד הדרישות העיקריות לסיווג מכלול סיבי כאמילואיד12.
כאן אנו מתארים את המתודולוגיה שבה נעשה שימוש להכנת סיבי עמילואיד ויישונם לאיסוף נתוני דיפרקציית סיבי רנטגן. יתרה מזאת, אנו מספקים פרטים כיצד ניתן לנתח את נתוני הדיפרקציה לעומק כדי ליצור מבנה מודל, דפוס הדיפרקציה החזוי שלו, והשוואתנו לנתוני דיפרקציה מסיבים שמקורם ב-ex-vivo.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת דגימות פיברילריות לדיפרקציה של סיבי רנטגן
2. ניתוח נתונים
3. מידול מבני ובדיקת המודל באמצעות CLEARER
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דוגמה24 של CcbMet: איור 1 מציג מיקרוגרפים אלקטרוניים המראים צפיפות גבוהה של סיבי עמילואיד על רשת המתאימה להכנת דגימת סיבי רנטגן. איור 2 מתאר את הטקסטורות השונות שיכולות להיווצר מחבילת סיבים דגימות סיבית (איור 2A), דיסק (איור 2B), מט/סרט (איור 2C), ומראה את כיוון קרן הרנטגן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיפרקציית סיבי רנטגן יכולה לשמש להערכת האם דגימה יוצרת מבנה אמילואידי ולקבלת תובנות נוספות לגבי הארגון המולקולרי של החלבון או הפפטיד הקדום בתוך הסיבים. כאן, תיארנו את השיטות שבהן ניתן להכין דגימות סיביות לדיפריקציית סיבי רנטגן, לקבל נתונים ואז לנתח. חשוב לציין, איכות הנתונים שיתקבלו תלויה הן בסדר בתוך הסיבים הבודדים. לכן, הכנת הדגימה הראשונית היא בעלת חשיבות רבה, והאם הסיבים סינתטיים או מופקים מרקמה ישפיע גם על איכות הנתונים. חקירת מרווחים אופטימליים להרכבת סיבי עמילואיד עשויה להיות חשוב...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף
המחברים מבקשים להודות לעזרתם של ד"ר פאבל סיקורסקי ופרופסור אדוארד אטקינס בפיתוח תוכנית CLEARER ובניתוח הדפוסים. התוכנית נכתבה על ידי ד"ר או'סאמנר מאקין. עבודה זו נתמכה במימון מקרן מחקר האלצהיימר ו-BBSRC.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.7 mm diameter X-ray quartzglass capillaries | GLAS, W. Muller, D-13503, Berlin, Germany | Q-07-001-80 | |
| Glass capillaries 1,5 mm borosilicate | Harvard appatus Ltd, (Edenbridge, Kent, UK) | BS4 30-0074 | example, available at other manufacturers |
| Protein crystallography X-ray diffractometer | Various | Various manufacturers |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה