基于复合胶束的人工分子伴侣调控蛋白质折叠的研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaozuzi2009
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蛋白质作为生命的物质基础,只有通过正确地折叠和组装形成特定的三维空间结构,才能保持生理活性,并在生命体中发挥其正常的生物学功能。而一旦蛋白质发生错误折叠和异常的聚集,不仅会丧失其生物活性,还会导致许多重大的疾病,如阿尔兹海默症、帕金森症、II型糖尿病等淀粉样变性疾病,对人类的生命健康构成了严重的威胁。研究表明,分子伴侣是生物体内辅助蛋白质正确折叠和组装,抑制蛋白质错误折叠与聚集的重要帮手。因此,利用简单的构筑单元去模拟天然分子伴侣的结构和功能,对于调控蛋白质折叠与聚集和治疗蛋白质错误折叠疾病具有十分重要的意义。本文通过两亲性嵌段共聚物自组装形成的复合胶束构筑人工分子伴侣体系,并利用这种基于复合胶束的人工分子伴侣对蛋白质的折叠与聚集过程进行了深入的研究。全文分为三个主要部分介绍相关的工作。  在众多蛋白质错误折叠疾病中,阿尔兹海默症(AD)是最为普遍和流行的疾病之一。大量研究证据表明,β-淀粉样蛋白(Aβ)在脑部正常产生和清除的平衡被破坏,导致Aβ大量的积累、聚集和沉积是 AD发病的主要原因。因此在第一部分的工作中,我们利用两亲性嵌段共聚物聚环己内酯-b-聚乙二醇(PCL-b-PEG)和聚环己内酯-b-聚N-异丙基丙烯酰胺(PCL-b-PNIPAM)通过自组装在生理温度下形成具有PNIPAM疏水微区的核-壳-冠三层结构复合胶束。这种复合胶束的疏水微区能够与疏水的Aβ单体蛋白和寡聚物中间体结合形成复合胶束-Aβ复合物,从而抑制Aβ淀粉样纤维的形成。采用ThT荧光光谱、动态光散射、透射电镜、圆二色谱和MTT法等表征手段系统验证了复合胶束对Aβ蛋白聚集和其聚集体神经毒性的抑制作用。与此同时,通过调节两种聚合物的组成比例得到了一系列不同疏水微区大小的复合胶束,比较了它们的抑制效果,并利用带能量耗散监测功能的石英晶体微天平(QCM-D)深入地研究了这些不同的复合胶束与不同聚集状态的Aβ(单体蛋白、寡聚物和成熟纤维)之间的相互作用,结果发现复合胶束表面的亲疏水平衡是提高其抑制效果的关键因素。另外,复合胶束-Aβ复合物比Aβ淀粉样纤维更容易被蛋白酶降解,说明这种基于复合胶束的人工分子伴侣不但可以阻止Aβ的聚集,还可以促进Aβ的清除,对于治疗AD具有良好的潜在应用。  由于AD的发病机制具有复杂性和多重性,涉及Aβ蛋白的聚集、金属离子的稳态失衡和相关的氧化损伤等因素,因此在第二部分的工作中,我们利用嵌段共聚物聚环己内酯-b-聚乙二醇(PCL-b-PEG)和聚β-氨酯-b-聚环己内酯(PAE-b-PCL)通过自组装在生理pH条件下得到具有PAE疏水微区的复合壳层胶束,并且将其负载天然的淀粉样蛋白抑制剂—姜黄素,构筑了一种多功能协同的人工分子伴侣。该人工分子伴侣不但与第一个工作中的复合胶束一样,可以抑制Aβ蛋白聚集和降低Aβ的相关毒性,还能够螯合金属离子并有效降低氧化损伤,具有“一箭三雕”的功效。我们相信这种具有多功能协同作用的人工分子伴侣有助于提高治疗效果的多靶点AD药物的设计和发展。  在第三部分的工作中,我们利用四种嵌段共聚物:聚2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯-b-聚环己内酯(PMEO2MA-b-PCL)(温敏性)、聚己二醇-b-聚环己内酯(PEG-b-PCL)(不带电)、聚天冬氨酸-b-聚环己内酯(PAsp-b-PCL)(带负电)和聚赖氨酸-b-聚环己内酯PLys-b-PCL(带正电),通过自组装在水溶液中形成三种不同表面电荷的复合壳层胶束体系(PEG-MSPM、PAsp-MSPM和PLys-MSPM),选取溶菌酶为目标蛋白,比较了这三种人工分子伴侣对于溶菌酶的热保护效果,结果发现表面不带电的PEG-MSPM通过PEG亲水链段和PMEO2MA疏水壳层的协同作用很好地实现对蛋白质的热保护,而表面带有电荷的PAsp-MSPM和PLys-MSPM由于与溶菌酶之间的静电作用太强,导致热保护效果不如PEG-MSPM。因此,这会对我们进一步优化这种基于复合胶束的人工分子伴侣体系,并扩大它的应用范围提供一定的理论指导。
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