Äggviteämnet bakom Alzheimers sjukdom – för första gången i världen analyserat i dess vätebindningar

Via kärnmagnetisk resonans har forskare vid Luleå tekniska universitet i samarbete med Warwicks universitet i Storbritannien, för första gången i världen lyckats analysera vätebindningar på de ytterst små trådliknande äggviteämnena, som troligen orsakar Alzheimers sjukdom. Tack vare dessa nya resultat finns nu ett framgångsrikt redskap för att analysera strukturen hos dessa äggviteämnen i deras giftigaste form, det vill säga när de är som farligast för hjärnans nervceller.

– Det här är ett mycket viktigt steg i forskningen kring Alzheimers sjukdom, på molekylärnivå, säger Oleg N. Antzutkin, professor inom gränsytors kemi vid Luleå tekniska universitet.

Fram till för några år sedan trodde forskare att det var plack i hjärnan som orsakade Alzheimers sjukdom. Detta för att Alzheimers patienter påvisade väldigt stora mängder plack i hjärnan. Eftersom aktiviteten i vår hjärna är som störst i den del som har med närminnet att göra, var det där största delen av placken återfanns. Det är också oftast där Alzheimers sjukdom märks först, i form av minskat närminne. Den plack man såg, visade sig dock snarare vara en restprodukt, av något värre.

Nu vet man att det är förstadiet till placken, äggviteämnet amyloidbeta som orsaker nervcellernas död i Alzheimers patientens hjärna. När amyloidbeta, når stadiet av oligomerer, det vill säga innan den klumpar ihop sig till plack, är den som giftigast för hjärnans nervceller. Detta har visats i provrörsförsök.

Hur dessa ytterst små äggviteämnen egentligen ser ut i sin struktur på molekylärnivå är dock okänt i dag. Därför är det också svårt att veta hur antikroppar eller läkemedel ska utformas för att träffa rätt och kunna förgöra dessa giftiga oligomerer, innan de orsakar Alzheimers sjukdom.

Någon lyckosam metod för att se dessa strukturer, har inte heller funnits, fram till nu:

– Nu har vi en metod där vi kan se de specifika vätebindningarna i amyloidbetafibrillerna och därför skilja på olika strukturer hos amyloidbetafibrillerna. Tidigare metoder har inte kunnat se dessa vätebindningar. Med hjälp av vår metod kan även nyckelfragment i giftiga oligomerer och vätebindningarna i deras supramolekulära strukturer snart studeras i deras fulla längd. Det vi lyckats med nu, är ett viktigt steg mot fullständig strukturbestämning av oligomerer, säger Oleg N. Antzutkin.

Ett samarbete kring det senare har Luleå tekniska universitet redan inlett tillsammans med professor Torleif Härds grupp vid Svenska lantbruksuniversitetet i Uppsala, Warwicks universitet och Århus universitet.

Genom att undersöka vätebindningarna i amyloidbetafibrillerna och oligomererna, via kärnmagnetisk resonans, har Oleg N. Antzutkin och hans forskarteam funnit en metod som gör att man har en reell möjlighet att få reda på hur man bäst utvecklar en "förgörare" av amyloidbetan, innan den blir som giftigast för hjärnans nervceller och orsakar Alzheimers sjukdom.

Omkring 80 000 svenskar per år insjuknar i Alzheimers sjukdom som är en svår demenssjukdom. De läkemedel som finns i dag kan inte bota sjukdomen, endast mildra symptomen.

Vätebindningar är av yttersta vikt för att stabilisera molekylära och supramolekylära strukturer i biologiska system. Via REAPDOR Solid State NMR Spektroskopi har Oleg N. Antzutkin och hans forskargrupp lyckats mäta avstånden mellan de magnetiska isotoperna 15N i aminogrupper och 17O i karbonylgrupper i amyloidbetafibrillerna. Enkelt förklarat minskar 15N NMR-signalen från specifikt 15N och 17O anrikade aminosyror i äggviteämnenas sekvens när 15N och 17O är i närheten av varandra, vilket påvisar en vätebindning.

Resultaten från professor Oleg N. Antzutkin och hans forskarteam finns nu publicerade i erkända forskningstidskriften Angewandte Chemie International Edition: ”Hydrogen Bonding in Alzheimer´s Amyloid-beta Fibrils Probed by 15N{17O} REAPDOR Solid-State NMR Spectroscop”, Oleg N. Antzutkin, Dinu Iuga, Andrei V. Filippov, Robert T. Kelly, Johanna Becker-Baldus, Steven P. Brown, and Ray Dupree.