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Laser à rayon X d'utilisation de scientifiques pour gagner des analyses dans la structure des protéines d'Alzheimer

Une méthode expérimentale neuve permet l'analyse de rayon X des amyloïdes, une classe des grands, filamenteux biomolécules qui sont un cachet important des maladies telles qu'Alzheimer et Parkinson. Une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de DESY a utilisé un laser à rayon X puissant pour gagner des analyses dans la structure de différents échantillons amyloïdes. La diffusion des rayons X des fibrilles amyloïdes donnent des configurations quelque peu assimilées à ceux obtenues par Rosalind Franklin de l'ADN en 1952, qui a mené à la découverte de la structure réputée, la double helice. Le laser à rayon X, trillions des périodes plus fortes que le tube à rayons X de Franklin, ouvrent la capacité d'examiner les différentes fibrilles amyloïdes, les constituants des filaments amyloïdes. Avec de tels faisceaux de rayons X puissants n'importe quel matériau extérieur peut accabler le signe de l'échantillon invisiblement petit de fibrille. Le film ultra-mince de carbone - graphene - a résolu ce problème pour permettre aux configurations extrêmement sensibles d'être enregistré. Ceci marque une étape importante vers étudier différentes molécules utilisant des lasers à rayon X, un objectif que les biologistes structurels avaient longtemps poursuivi. Les scientifiques présentent leur technique neuve dans les transmissions de nature de tourillon.

Les amyloïdes sont de longues, commandées boucles des protéines qui se composent des milliers de sous-unités identiques. Tandis que des amyloïdes sont censées pour jouer un rôle important dans le développement des maladies neurodegenerative, des formes amyloïdes fonctionnelles récent de plus en plus ont été recensées. « « Endorphine d'hormone prospère la », par exemple, peut former des fibrilles amyloïdes dans la glande pituitaire. Elles dissolvent dans différentes molécules quand l'acidité de leurs environs change, après quoi ces molécules peuvent accomplir leur but dans le fuselage, » explique Carolin de DESY Seuring, un scientifique au centre pour la Science de laser de Libre-Électron (CFEL) et l'auteur principal du papier. De « autres protéines amyloïdes, comme ceux trouvées en cerveaux post mortem des patients souffrant d'Alzheimer, s'accumulent comme fibrilles amyloïdes dans le cerveau, et ne peuvent pas être décomposées et pour cette raison pour nuire la fonction cérébrale à long terme. »

Les scientifiques essayent de déterminer la structure spatiale des amyloïdes aussi exactement comme possible, afin d'employer cette information afin de découvrir plus au sujet de la façon dont les fibrilles de protéine fonctionnent : « Notre objectif est de comprendre le rôle de la formation et structure des fibrilles amyloïdes dans le fuselage et dans le développement des maladies neurodegenerative, » dit Seuring en décrivant la motivation de l'équipe. « L'analyse de la structure des amyloïdes est complexe, et l'examen de elles suivre des méthodes existantes est entravé par des différences entre les fibrilles dans un échantillon unique. » L'équipe a utilisé le laser LCLS de libre-électron de rayon X au centre national d'accélérateur de SLAC aux États-Unis.

Un problème est que les boucles des amyloïdes, connues sous le nom de fibrilles, ne peuvent pas être développées comme cristaux, qui est la méthode habituelle de réaliser des études structurelles de définition atomique utilisant des rayons X. Les différentes fibrilles amyloïdes sont seulement quelques nanomètres profondément et pour cette raison généralement trop petit produire un signe mesurable une fois exposées aux rayons X. Pour cette raison, l'approche habituelle est d'aligner des millions de ces fibrilles parallèles, et les empaquetant de sorte que leurs signes ajoutent. Cependant, ceci signifie que les diagrammes diffraction sont produits par l'ensemble entier, et des informations sur des différences structurelles entre les différentes fibrilles sont détruites. « Une partie principale de notre compréhension au sujet des fibrilles amyloïdes est dérivée de la résonance magnétique nucléaire (NMR) et la caractéristique de microscopie de cryo-électron, » explique Seuring. « Quand vous travaillez avec les échantillons qui sont aussi hétérogènes que des amyloïdes, bien que, et également quand observant la dynamique de la formation de fibrille, les méthodes existantes atteignent leurs limites. »

Afin d'accéder pour structurer l'information de tels échantillons hétérogènes à l'avenir, l'équipe a opté pour une approche expérimentale neuve. Au lieu de suspendre les différentes amyloïdes dans un liquide de transporteur les scientifiques l'ont mis sur un transporteur solide ultra-mince fait en graphene, dans lequel des atomes de carbone sont arrangés dans une configuration hexagonale plutôt comme un nid d'abeilles atomique. « Ce support témoin a un double avantage, » dit professeur Henry Chapman de CFEL, qui est un scientifique de fil à DESY. « Pour une chose, graphene est juste un à une seule couche des atomes minces et contrairement aux lames robustes d'un liquide de transporteur une trace dans le diagramme diffraction. Pour une autre chose, sa structure régulière veille toutes de protéine les fibrilles pour aligner dans le même sens - au moins dans de plus grands domaines. » Les diagrammes diffraction des fibrilles multiples superposent et renforcent un un un autre, tout comme dedans un cristal, mais il n'y a pratiquement aucun mouvement propre disruptif dispersant comme dans le cas d'un liquide de transporteur. Cette méthode permet à des diagrammes diffraction d'être obtenus à partir de moins de 50 fibrilles amyloïdes, de sorte que les différences structurelles apparaissent plus clair. « Nous avons observé des asymétries caractéristiques dans nos caractéristiques qui proposent que notre technique pourrait même être employée pour déterminer la structure de différentes fibrilles, » disent Seuring.

« L'instrument CXI à LCLS a fourni particulièrement un lumineux, le faisceau de nanofocus qui nous a permis d'extraire des caractéristiques de telles un nombre restreint de fibres, » enregistre le co-auteur Mengning Liang, un scientifique à SLAC. Les « fibrilles sont une troisième catégorie des échantillons qui peuvent être étudiés cette voie avec des lasers à rayon X, en plus des particules et des cristaux uniques. À quelques égard, fibrilles adaptées entre les autres deux : elles ont des variations régulières et périodiques en structure comme des cristaux, mais sans structure cristalline rigide. »

Les scientifiques ont vérifié leur méthode sur des échantillons du virus de mosaïque du tabac, d'abord examinés également par Rosalind Franklin, et qui forme des filaments d'une structure qui est maintenant connue en détail. Le test a en fait fourni à des caractéristiques structurelles au sujet du virus une exactitude de 0,27 nanomètres (millionths d'un mm) - correspondant à une définition presque sur l'échelle d'un atome unique. L'inspection des fibrilles amyloïdes nettement plus petites faites en endorphine ainsi que des fibrilles amyloïdes effectuées du bombesin d'hormone, qui est impliqué notamment dans certains types de cancer, a également fourni à de l'information structurelle, une exactitude de 0,24 nanomètres. Bien que la caractéristique ait été insuffisante pour prévoir la structure complète, l'étude montre la promesse grande pour la recherche structurelle quand plus de caractéristique devient procurable, et ouvre un circuit neuf pour l'analyse de la structure des amyloïdes utilisant des lasers à rayon X. « Il est étonnant que nous effectuions les expériences très assimilées comme le faisait Franklin, mais atteignons maintenant le niveau des molécules uniques, » indique Chapman.