Chemiker entdecken die Struktur des glucagon-Fibrillen

Patienten mit Typ-1-diabetes müssen regelmäßig Spritzen sich insulin, ein Hormon, das hilft, Ihre Zellen absorbieren Glukose aus dem Blut. Ein weiteres Hormon namens Glukagon, die den entgegengesetzten Effekt hat, ist für Diabetes-Patienten, Sie wiederzubeleben, wenn Sie bewusstlos werden, die wegen einer schweren Hypoglykämie.

Die form von glucagon an Patienten abgegeben wird pulverisiert und hat sich aufgelöst in Flüssigkeit unmittelbar vor der eingespritzt wird, denn wenn gespeichert als flüssig, das protein dazu neigt, zu Klumpen bilden, auch als amyloid-Fibrillen. Eine neue Studie des MIT zeigt die Struktur dieser glucagon-Fibrillen und schlägt mögliche Strategien für die änderung der Aminosäure-Sequenz, so dass das protein ist weniger wahrscheinlich geworden verklumpt.

„Insulin in der Lösung ist stabil für viele Wochen, und das Ziel ist zu erreichen die gleiche Stabilität der Lösung mit Glukagon“, sagt Mei Hong, ein MIT-professor von Chemie und einer der leitenden Autoren der Studie. „Peptid-fibrillization ist ein problem, dass die Pharma-Industrie arbeitet seit vielen Jahren zu lösen.“

Mit Hilfe der magnetischen Kernresonanz (NMR) – Spektroskopie, die Forscher fanden heraus, dass die Struktur des glucagon-Fibrillen ist anders als alle anderen amyloid-Fibrillen, deren Strukturen bekannt sind.

Yongchao Su, associate principal scientist bei Merck und Co., ist auch ein senior-Autor der Studie, die in Nature Structural and Molecular Biology. MIT-student Martin Gelenter ist der führende Autor des Papiers.

Fibrillenbildung

Amyloid-Fibrillen bilden, wenn Proteine Falten sich in einer Form, die es Ihnen erlaubt zu Klumpen zusammen. Diese Proteine sind Häufig mit der Krankheit assoziiert. Zum Beispiel, beta-amyloid-protein bildet plaques im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit und alpha-synuclein Formen Lewy-Körperchen in den Nervenzellen von Parkinson-Patienten.

Hong hat zuvor studierte die Strukturen der anderen amyloid-Peptide, darunter eine, die bindet, um Metalle wie Zink. Nachdem er einen Vortrag über Ihre Forschung an Merck, Sie gemeinsam mit den Wissenschaftlern dort, um herauszufinden, die Struktur des fibrillized form von glucagon.

Innerhalb des menschlichen Körpers, Glukagon vorhanden ist, wie ein „alpha-helix“, dass bindet sich fest mit einem rezeptor auf der Leber Zellen, die Einstellung aus einer Kaskade von Reaktionen, die releases von Glukose in die Blutbahn. Allerdings, wenn Glukagon ist gelöst in Lösung bei hohen Konzentrationen, es beginnt die Umwandlung in ein Härchen innerhalb von Stunden, das ist, warum es gelagert werden muss, als Pulver und gemischt mit der Flüssigkeit kurz vor der Injektion wird.

Das MIT-team verwendet, NMR, eine Technik, die analysiert die magnetischen Eigenschaften von Atomkernen zu offenbaren die Strukturen der Moleküle mit den Kernen, um zu bestimmen, die Struktur des glucagon-Fibrillen. Sie fanden heraus, dass die glucagon Härchen besteht aus vielen Lagen von flachen Platten, bekannt als beta-Blätter gestapelt übereinander. Jedes Blatt besteht aus Reihen von identischen Peptide. Allerdings entdeckten die Forscher, dass, im Gegensatz zu allen anderen amyloid-Härchen, deren Struktur bekannt ist, können die Peptide laufen antiparallel zueinander. Das heißt, jeder Strang läuft in die entgegengesetzte Richtung von den zwei auf beiden Seiten.

„Alle thermodynamisch stabile amyloid-Fibrillen bisher bekannten sind verpackt parallel beta sheets,“ Hong sagt. „Eine stabile antiparallele beta-amyloid-Strang-Struktur noch nie zuvor gesehen hat.“

Darüber hinaus fanden die Forscher, dass die Glukagon beta-Strang hat keine ungeordneten Segmente. Jeder der Zehntausende von Peptid-Stränge, aus denen der Härchen ist festgehalten in der antiparallel beta sheet-Konformation. Dies ermöglicht jedem Peptid zu einem 10-nanometer-lange beta-Strang.

„Dies ist ein extrem stabiles strand, und ist die längste beta-Strang bekannt ist bisher unter sämtliche Proteine,“ Hong sagt.

Stabile Struktur

Ein wesentlicher Grund, dass die glucagon-Fibrillen sind so stabil ist, dass die Seitenketten, die sich von den Aminosäuren, aus denen die glucagon Peptide interagieren stark mit den Seitenketten der Peptide, die oben und unten, eine sehr sichere Befestigung Punkte, auch der sterischen Reißverschlüssen, die dazu beitragen, die gesamte Struktur.

Während alle bisher untersuchten Amyloiden Fibrillen haben einen festen Satz von Rückständen, die die Sterische Reißverschlüsse, in glucagon-Fibrillen, die mit geraden Rückstände aus einem Strang und ungeraden Rückstände aus dem benachbarten Strang abwechselnd form die Sterische Reißverschluss Schnittstelle zwischen zwei beta-Blatt-Schichten. Diese konformationsänderungen Dualität ist ein weiteres neues Merkmal des glucagon Härchen Struktur.

„Wir können aus dieser Struktur, warum der Härchen ist so stabil, und warum es so schwer ist zu verhindern, dass es die Bildung von,“ Hong sagt. „Um es zu blockieren, müssen Sie wirklich ändern die Identität der Aminosäure-Rückstände. Ich arbeite jetzt mit einem Kollegen dabei, sich mit Möglichkeiten zum ändern der Reihenfolge und brechen diese stabilisierenden Wechselwirkungen, so dass das Peptid nicht selbst zusammenstellen, um diese Härchen.“

Solche alternativen Peptid-Sequenzen bleiben könnte, Regal-stabile, für einen längeren Zeitraum in Lösung, wodurch die Notwendigkeit zu mischen glucagon mit Flüssigkeit vor der Verwendung.

Finanziert wurde die Forschung von Merck Sharp und Dohme Corp., eine Tochtergesellschaft der Merck & Co., und die Nationalen Institute der Gesundheit.