环境中的铜暴露和人脑中的α -突触核蛋白可能在帕金森病的发病机制中起重要作用。来自Empa和利默里克大学的一个团队展示了这种蛋白质在暴露于大量铜离子时是如何呈现出不寻常的形状的。这一发现可能有助于开发治疗神经退行性疾病的新策略。

帕金森氏症的病因尚不完全清楚。早在典型的肌肉震颤发作之前，大脑中出现缺陷蛋白质可能是第一个迹象。Empa和爱尔兰利默里克大学的研究人员现在仔细观察了这些α -共核蛋白以蛋白质环的形式呈现的异常形状。通过这样做，他们也能够在纳米尺度上可视化铜与环境污染的联系。这为神经退行性疾病的发展和疾病过程中生物金属的作用提供了新的线索。此外，这些发现还可以为改善疾病的早期发现和治疗提供机会。

可疑的金属

关于帕金森病，我们所知道的是，大脑中的神经元死亡，导致神经递质多巴胺的缺乏。在疾病的后期，这导致肌肉颤抖，肌肉僵硬，甚至不活动。这种缓慢进展的疾病是世界上仅次于阿尔茨海默病的第二大神经退行性疾病。环境因素如农药或金属可能促进帕金森病的发生。

由来自纳米尺度界面传输实验室的Empa研究员Peter Nirmalraj领导的团队正在利用成像技术和化学光谱，以及与利默里克大学Damien Thompson团队合作的计算机模拟，研究这一假设。研究人员的目标是一种参与帕金森病发展过程中的几个分子过程的蛋白质:共核蛋白。在受影响的个体中，这种内源性蛋白质聚集在一起，导致神经细胞死亡。研究人员怀疑，高浓度的铜会干扰这些过程，加速疾病进程。

邪恶环

为了在纳米尺度上可视化α -共核蛋白的聚集，来自纤维素与木材材料实验室的Empa研究员Silvia Campioni人工生产了这种蛋白质。利用原子力显微镜，研究人员随后能够观察到最初处于溶液中的蛋白质，在10天的时间里，它形成了单个的不可溶解的丝状结构，最后聚集在一起，形成了一个密集的纤维网络。根据这些图像，可以在实验室中以令人印象深刻的精度观察到可溶性蛋白在疾病进展过程中转化为大约1微米长的结块纤维。

如果研究人员随后在蛋白质溶液中加入铜离子，在显微镜下会出现完全不同的结构:大约7纳米大小的环状蛋白质结构，即所谓的低聚物，在短短几个小时内就出现在试管中。这种环状低聚物的存在及其对细胞的损伤作用已经为人所知。更重要的是，较长的纤维状结构出现比在无铜溶液中更早。

Peter Nirmalraj说:“一方面，高剂量的铜似乎会加速聚集过程。”然而，这种不寻常的环状蛋白结构在铜的影响下发展得相对较快，这可能标志着病理过程的开始，甚至引发了病理过程。研究人员还利用分子动力学计算机模拟，在10到100纳秒的微小步骤中分析了铜离子与α -突触核蛋白的结合。

早期测试

Nirmalraj希望，由于寡聚物环是在蛋白质转化的最开始形成的，这些环可以作为新的治疗形式的靶点。此外，这些发现可能有助于推进帕金森病测试的发展，该测试可以在体液的早期阶段检测疾病，例如，使用来自脊髓液的样本。