Patienter som lider av sjukdomar lika varierande som typ II diabetes, Alzheimers, Parkinsons och dussintals mindre kända sjukdomar har en sak gemensamt: de lider av en stor ansamling av amyloid, vävnad som skapas när miljoner och åter miljoner av felveckade proteiner klibbar ihop och bildar en massa som kroppen inte kan bli av på egen hand.
Läkare ännu inte förstå om amyloid orsakar sjukdom eller resultat av det, men det faktum att de förekommer i mycket olika sjukdomar som drabbar miljontals människor pekar på behovet av en bättre förståelse av de grundläggande processerna i proteinveckning, en av de mest komplicerade och minst förstådda av alla biologiska fenomen.
Forskningen som finns i 8 oktober numret av Journal of Molecular Biology, beskriver en ny teknik som kan hjälpa forskarna förutsäga vilka proteiner är benägna att misfold och vid vilken tidpunkt det fällbara process kommer sannolikt att bryta ner. Forskningen skulle kunna stödja arbetet med att hitta orsakerna till sjukdomar involverande amyloid, och det kan visa sig användbart för forskare att studera proteiner involverade i ännu vanligare sjukdomar som cancer och hjärtsjukdomar.
"Vi vet nu att de flesta sjukdomar innebär proteiner gå fel i ett av två sätt", säger forskaren Cecilia Clementi, biträdande professor i kemi vid Rice University . "I den första, fungerar proteiner inte korrekt eftersom de lägger i fel form. Detta är något vi ser i sickle-cell anemi, till exempel på grund av genetiska fel som orsakar aminosyrasekvens vara felaktigt syntetiseras.
"Det andra sättet proteiner gå fel är att inte vika alls, vilket är vad vi finner i sjukdomar där amyloid. I dessa situationer, de felveckade proteiner montera ihop till makroskopiska aggregat. "
Alla de grundläggande funktionerna i livet utförs av proteiner och DNA i alla våra celler innehåller ritningar för alla de proteiner vi behöver. Varje protein har en karaktäristisk form, och det viker sig in i den formen mycket snart - i allmänhet på mindre än en sekund - efter att det har gjorts. För att utföra sina uppgifter, proteiner interagerar med varandra, binder med några molekyler, klyva andra i bitar och säkring andra molekyler tillsammans.
Eftersom funktionen av ett protein som ofta baserade på specifika kemiska interaktioner - enzymer, till exempel, är proteiner som gör eller störa kemiska bindningar i andra molekyler - enskilda atomer av ett protein måste anpassas bara så att de ska fungera. Följaktligen finns det ett direkt samband mellan ett protein form och dess funktion.
Studien av amyloid kompliceras av det faktum att formen på mycket få proteiner är kända, mekanik av protein folding är ett mysterium, och protein folding är otroligt komplex, även de snabbaste superdatorn i världen skulle ta årtionden för att simulera alla de kemisk interaktion som sker när ett enda protein viker sig i sin karakteristiska form.
Trots detta mysterium och komplexitet, Clementi och kollegor tror att de skapar en statistisk metod som hjälper forskarna förutsäga vilka proteiner är benägna att misfold.