تحلیل مستقیم رسوبات پروتئینی در نمونه پوستی یک بیمار زنده، برای نخستینبار ساختار دقیق فیبریلهای آمیلوئیدی در آمیلوئیدوز ارثی، مسیر تازهای برای تشخیص و درمان این بیماری معرفی میکند.
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تحقیقات اخیر در حیطه بیماریهای آمیلوئیدی نشان دادهاند که انباشته شدن غیر طبیعی و تجمع فیبریلهای پروتئینی در بافتهای مختلف بدن یکی از علل اصلی تخریب عملکرد اعضا در بیماریهایی چون آمیلوئیدوزیس وابسته به ترانستیرتین (ATTR)است. در مطالعهای که نتایج ساختاری و مولکولی آن به تازگی منتشر شده، پژوهشگران ساختار سهبعدی فیبریلهای ATTRv-F64S را از بیوپسی پوست یک بیمار زنده تعیین کردهاند. این فیبریلها که از یک جهش نادر در ژنTTR ناشی میشوند، اطلاعاتی دقیق درباره سازمان فضایی پروتئینهای آمیلوئید و روابط آنها با حالتهای مختلف بیماری فراهم کردهاند و راه را برای روشهای نوین تشخیصی و درمانی هموار میسازند. این یافتهها میتواند یکی از مهمترین پیشرفتهای اخیر در فهم مکانیزمهای مولکولی آمیلوئیدوزیس وابسته به ترانستیرتین باشد، زیرا نشان میدهد که تشخیص ساختار فیبریل حتی از مقادیر بسیار اندک بافت امکانپذیر است و تنوع ساختاری این فیبریلها میتواند به توسعه رویکردهای درمانی خاص منجر شود. این یافتهها در ادامه تلاشهای گسترده برای درک دقیقتر بیماریهای آمیلوئیدی به دست آمدهاند. بیماریهایی که به دلیل رسوب تدریجی پروتئینهای نادرستتاخورده، عملکرد طبیعی بافتها را مختل میکنند و اغلب بهصورت پیشرونده بروز مییابند. بررسی مستقیم ساختار این رسوبات در بافت انسانی، امکان تحلیل بیماری در شرایط واقعی را فراهم میکند.
استخراج و آمادهسازی فیبریلها از بافت پوستی
در این مطالعه، نمونههای بافت پوستی از قوزک مچ و ران بیمار جمعآوری شدند و پس از تثبیت و رنگآمیزی مناسب فیبریلهای آمیلوئید شناسایی و تعیین گردید که تجمع فیبریلی در اطراف ساختارهای میکروسکوپی رگها و غدد عرق قابل مشاهده است، مشابه آنچه در دیگر مطالعات روی بافتهای قلبی و عصبی گزارش شده است. برای استخراج و خالصسازی فیبریلها از بافتها، پروتکل آبکشی ملایم همراه با سانتریفیوژهای متعدد به کار گرفته شد که ساختارهای فیبریل را با حفظ شکل طبیعی آنها جدا کرد. ارزیابی پروتئینهای استخراجشده با روشهایی چون الکتروفورز نشان داد که ترکیبی از مولکولهای کامل ترانستیرتین و فرمهای تکهتکهشده آن در فیبریلها وجود دارد. این یافته از نقش بالقوه تغییرات پساترجمهای و تغییرات ساختاری در تشکیل و پایدارسازی فیبریلها حکایت دارد.
تجزیه و تحلیل جرمی برای مفصلبندی فیبریلها
برای تعیین دقیق ترکیب پروتئینی فیبریلها، تیم تحقیق از طیفسنجی جرمی با حساسیت بالا استفاده کرد. نتایج این تحلیل نشان داد که بخشهای جهشیافته TTRدر ساختار فیبریلها بیش از فرم وحشی حضور دارند، که این موضوع میتواند نشاندهنده نقش اصلی جهش در ترویج تشکیل فیبریلها باشد. علاوه بر این، مجموعهای از تغییرات پساترجمهای در مکانهای مختلف پروتئین شناسایی شد که برخی از آنها، مانند فسفریلاسیون و استیلهسازی در موقعیتهای خاص، ممکن است بر خصوصیات تجمع و پایدارسازی فیبریلها تاثیر بگذارند، گرچه نقش دقیق هر یک از این تغییرات هنوز در سطح مولکولی به طور کامل روشن نشده است.
ساختار سهبعدی فیبریلهای ATTRv-F64S
اساس این پروژه بر بهکارگیری میکروسکوپ الکترونی کرایو ( cryo-EM) برای تعیین ساختار سهبعدی فیبریلها استوار بود. نتایج بازسازی سهبعدی نشان داد که هر لایه فیبریل از دو بخش مجزا تشکیل شده که بخشهایN و C-ترمینال پروتئین TTR را پوشش میدهند، در حالی که ناحیه میانی آن بهدلیل انعطافپذیری محلی در ساختار قابل مشاهده نبود. ساختار فیبریلها نشاندهنده یک سازمان β-ورقهای غنی و مسطح است که مولکولهای TTRرا به صورت رشتههایی منظم در کنار هم قرار میدهد و با سایر ساختارهای فیبریل که قبلاً از بافتهای قلبی بیماران دیگر به دست آمدهاند همریختی قابلتوجهی دارد. این شباهت ساختاری قوی نشان میدهد که قالب فضایی پایه فیبریلهای ATTRبسیار پایدار و متداول است، حتی اگر جهشها و بافتهای متفاوت باشند.
شباهتها و تفاوتهای ساختاری در بین فیبریلهای ATTR مختلف
مطالعات پیشین روی فیبریلهایATTR از بافتهای قلبی و عصبی نیز نشان داد که ساختارهای فیبریلی از بیماران مختلف، هرچند از جهشهای متفاوت ناشی میشوند، در الگوی کلی خود شباهتهای قابل توجهی دارند. این یافته نشان میدهد که پروتئینTTR در مسیر تشکیل آمیلوئیدها احتمالاً از یک قالب ساختمانی مشترک تبعیت میکند و تفاوتهای جزئی، مانند حالتهای مختلف یک منطقه خاص در پروتئین که درگاه نامیده میشود، ممکن است بر دینامیک محلی و پایداری فیبریل تاثیر بگذارد. برای مثال، در برخی از انواع جهش، این ناحیه میتواند حالتهای مختلف باز یا بسته را اختیار کند، اما در دیگر انواع فرآیند تجمع به سمت یک حالت بسته غالب پیش میرود. این نوع از تنوع ساختاری میتواند توضیحدهنده تفاوتهای بالینی بین بیماران با جهشهای مختلف باشد، حتی اگر قالب کلی فیبریلها مشابه باشد.
اهمیت تغییرات پساترجمهای در پایداری و شکلگیری فیبریل
تحقیقات نشان دادهاند که تغییرات پساترجمهای مانند استیلهسازی، فسفریلاسیون یا یوبیکویتینیلهسازی در پروتئینهای آمیلوئیدی دیگر میتواند بر سرعت تجمع، پایداری و سمیت این ساختارها تاثیرگذار باشد. در نمونههای ATTRv-F64Sنیز مشاهده شد که برخی از این تغییرات ممکن است نقشهای خاصی در پایداری ساختار فیبریلها ایفا کنند، هرچند که تعیین نقش دقیق هر یک نیاز به مطالعات تکمیلی بیشتری دارد. این دادهها بر پیچیدگی مولکولی فرآیند فیبریلزایی تاکید کرده و نشان میدهد که تداخلهای جزئی در ساختار پروتئینی میتوانند نتایج بالینی متفاوتی را به دنبال داشته باشند.
پتانسیل تشخیصی بیوپسی پوست در آمیلوئیدوزیس
یکی از نتایج مهم این مطالعه، اثبات این است که حتی مقادیر بسیار اندک بافت پوستی میتواند برای استخراج و تعیین ساختار فیبریلها مورد استفاده قرار گیرد. این امر فرصتهای مهمی برای تشخیص زودهنگام بیماری فراهم میکند، به ویژه در مراحل اولیه یا در مواردی که تغییرات بالینی هنوز آشکار نشدهاند. استفاده از بیوپسی پوست به عنوان یک روش کمتهاجمی میتواند به بررسیهای طولی و پیگیری بیماران در طول زمان کمک کند، که درک نحوه تکامل آمیلوئیدوزیس و پاسخ به درمانهای جدید را تسهیل میکند.
راهبردهای درمانی مبتنی بر ساختار فیبریلها
در حالی که درمانهای فعلی بیماریهای آمیلوئیدی عمدتاً بر جلوگیری از تشکیل فیبریلها تمرکز دارند، ساختارهای دقیق سهبعدی فیبریلها میتوانند راهنمای طراحی مولکولهایی باشند که به صورت انتخابی به ساختارهای تثبیتشده متصل میشوند و آنها را از بین میبرند یا پایداری آنها را کاهش میدهند. رویکردهای نوینی مانند طراحی نانوذرات یا مولکولهای کوچک که بتوانند با نواحی خاص ساختار فیبریل تعامل داشته باشند، یا حتی توسعه ایمونوتراپیهای هدفمند که تجمع فیبریلها را خنثی کنند، در حال بررسی هستند و نتایج ساختاری میتوانند در شکلدهی این درمانها نقش اساسی داشته باشند.
جمعبندی یافتههای مولکولی
تحقیقات اخیر نشان میدهند که نحوه سازمان فضایی پروتئینهای آمیلوئید در بیماریهای مانند آمیلوئیدوزیس وابسته به ترانستیرتین نه تنها برای فهم بهتر بیماری اهمیت دارد، بلکه میتواند به توسعه روشهای بهتر تشخیص و درمان کمک کند. دادههای ساختاری دقیق از فیبریلهای ATTRv-F64S، به همراه مقایسه با دیگر مطالعات متعاقب، مرزهای جدیدی را در فهم این بیماری گشودهاند و امکان بهرهگیری از اطلاعات مولکولی برای مداخلات بالینی را فراهم آوردهاند.
پایان مطلب./