Was sind Amyloidfibrillen?

Amyloidfibrillen sind fadenförmige Proteinaggregate, die unlöslich und resistent gegen Proteaseaktivität sind. Abhängig von dem Protein, aus dem die Fibrillen bestehen, können sich Amyloidstrukturen an verschiedenen Stellen im Körper ansammeln, einschließlich des Gehirns, der Gelenke und der Bauchspeicheldrüse. Umfangreiche genetische, pathologische und biochemische Hinweise deuten darauf hin, dass die Anhäufung von Amyloidfibrillen in Geweben an zahlreichen Krankheiten beteiligt ist, darunter Alzheimer, Parkinson, Typ-2-Diabetes und Prion-Krankheit. Beispielsweise zeigen die Gehirne von Alzheimer-Patienten Plaques von Amyloidfibrillen, die aus Beta-Amyloid-Protein gebildet wurden.

Ungefähr 30 Proteine ​​bilden beim Menschen Amyloidfibrillen. Sie sind nicht verwandt und haben keine gemeinsame Struktur oder Sequenzähnlichkeit. Alle von ihnen sind jedoch auf eine Weise gefaltet, die sich von normalen Proteinfaltungsmustern unterscheidet, wobei die gleiche Struktur immer im Kern einer Fibrille zu finden ist. Proteine, die bei Erkrankungen des Menschen Amyloidfibrillen bilden, umfassen Immunglobulin-Leichtketten, Gelsolin, Procalcitonin, Beta-Amyloid-Protein, Serum-Amyloid-A-Protein, Beta-2-Mikroglobulin, Transthyretin und Prion-Protein.

Unabhängig von den beteiligten Proteinen weisen Amyloidfibrillen charakteristische strukturelle Eigenschaften auf, insbesondere ihre quaternäre Cross-Beta-Sheet-Struktur. Einzelne Proteine ​​bilden lange Filamente, die nebeneinander Bänder bilden. Diese Beta-Faltblattstapel, die durch Wasserstoffbrückenbindungen eng miteinander verbunden sind, verlaufen senkrecht zur Längsachse der Fibrille.

Diese charakteristische Struktur könnte auf die starke Ladung zurückzuführen sein, die von den Bausteinen der Fibrillen getragen wird. Proteine ​​mit glutaminreichen Sequenzen sind wichtig für die Prionkrankheiten und die Huntington-Krankheit. Die Glutamine können die Beta-Faltblattstruktur durch Bilden von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Amidcarbonylgruppen und den Stickstoffatomen festigen. Bei anderen Proteinen, wie dem Alzheimer-assoziierten Beta-Ameloid-Protein, wird angenommen, dass die hydrophobe Assoziation die Struktur zusammenhält.

Amyloidfibrillen sind das Ergebnis von Problemen bei der Selbstorganisation von Proteinen und scheinen ein Ergebnis des Alterungsprozesses zu sein. Die überwiegende Mehrheit der durch Amyloidstrukturen verursachten Krankheiten tritt bei älteren Patienten auf. Es wurde einmal angenommen, dass Ameloidfibrillen inert sind, wobei zellschädigende toxische Zwischenprodukte während ihrer Bildung die Zellschädigung verursachen. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Fasern selbst tatsächlich toxisch sind, insbesondere wenn sie in kürzere Stücke zersplittert werden. Es ist nicht genau bekannt, wie giftig die Fasern für Zellen sind oder warum die kürzeren Fasern giftiger sind, aber eine Möglichkeit besteht darin, dass ihre geringe Größe das Eindringen in Zellen erleichtert.

Diese Fibrillen haben ein charakteristisches gerades, unverzweigtes Aussehen, wenn sie durch Elektronenmikroskopie beobachtet werden. Sie werden normalerweise indirekt durch Fluoreszenzfarbstoffe, Fleckenpolarimetrie, Zirkulardichroismus oder Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie identifiziert. Eine Röntgenbeugungsanalyse kann verwendet werden, um das Vorhandensein der Cross-Beta-Wirbelsäulenstruktur durch charakteristische Streuungsbeugungssignale direkt zu bestimmen.