あなたの体はアルツハイマー病と戦うのに役立つ分子をすでに持っているかもしれません

ngs は、これらの脳障害に取り組む新しい方法に貢献する可能性があります。研究は雑誌に掲載されました ネイチャーコミュニケーションズ。

人々の寿命が延びるにつれて、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患を含む加齢に伴う障害がより一般的になってきています。これらの状態は、誤って折り畳まれたアミロイドタンパク質からなる脳内の有害な蓄積によって引き起こされます。これらのタンパク質構造は、スパゲッティの束に似た長くて細い繊維を形成します。今のところ、これらのタンパク質沈着を確実に予防または除去できる効果的な治療法はありません。

細胞や動物の自然の保護者としてのスペルミン

スペルミンと呼ばれる体内に自然に存在する分子が新たな希望をもたらしています。ポール・シェラー研究所PSI生命科学センターのJinghui Luo氏率いるチームは、室内実験で、スペルミンが小型線虫の寿命を延ばし、老化に伴う動きを改善し、細胞の発電所であるミトコンドリアを強化できることを示した。研究者らは、スペルミンが神経を損傷するアミロイドタンパク質の沈着を除去する際の体の免疫システムをサポートしていることを発見しました。

これらの新しい結果は、アルツハイマー病やパーキンソン病などの病気の新しい治療戦略を開発するための基礎を形成する可能性があります。

スペルミンは生物の機能に不可欠です。これは、ポリアミンとして知られる比較的小さな有機分子のグループに属します。スペルミンは 150 年以上前に初めて確認され、特に高濃度で存在する精液にちなんで名付けられました。しかし、それは体中の他の多くの種類の細胞、特に活動的で分裂可能な細胞にも見られます。

遺伝子制御と生体分子の凝縮

スペルミンは細胞の動きと活動をサポートし、さまざまな細胞プロセスに関与しています。その主な役割の 1 つは、ゲノム内の核酸と相互作用し、どの遺伝子のスイッチがオンになるか、およびそれらがどのようにタンパク質に翻訳されるかを制御するのに役立つことです。この制御により、細胞は制御された方法で成長、分裂し、最終的には死滅することが保証されます。スペルミンは、生体分子の凝縮と呼ばれる細胞プロセスにも重要です。このプロセスでは、タンパク質や核酸などの大きな分子が分離して細胞内の液滴状の領域に集まり、重要な生化学反応が起こる小さな反応ハブが形成されます。

アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患に関しては、スペルミンが神経細胞を保護し、加齢に伴う記憶問題を緩和できることが以前の研究ですでに示唆されていました。これまで欠けていたのは、スペルミンが医療上の利益に利用できる形で神経細胞の有害なプロセスにどのような影響を与えるのかという明確な全体像でした。

細胞が有毒なタンパク質老廃物を除去するのを助ける

Luo 氏の研究グループは現在、これらのメカニズムをさらに詳しく調査しています。科学者らは、光学顕微鏡法に加えて、PSI のスイス光源 SLS で SAXS 散乱と呼ばれる方法を使用して、関与するプロセスの分子動力学を調査しました。彼らは、ガラス毛細管 (in vitro) と生体 (in vivo) の両方でこれらの効果を研究しました。生命システムについては、モデル生物として線虫 C. elegans を使用しました。

彼らの実験は、スペルミンが有害なタンパク質を集め、生体分子の凝縮を通じて塊を形成させることを示しました。この動作は、オートファジーとして知られる日常的な細胞浄化プロセスをサポートします。オートファジーでは、損傷したタンパク質または不要なタンパク質が小さな膜結合小胞に閉じ込められ、酵素によって安全に分解され、細胞成分が効果的にリサイクルされます。

「オートファジーは、より大きなタンパク質の塊を処理する場合により効果的です」と研究リーダーのルオ氏は言う。 「そして、スペルミンは、いわば、鎖を結び付ける結合剤です。分子間には弱い引力しかなく、これらは分子を組織化しますが、しっかりと結合するわけではありません。」

ルオ氏によると、プロセス全体はスパゲッティの皿のように想像できるという。 「スペルミンは、細長い麺を接着せずにつなぎ、消化しやすくするチーズのようなものです。」

キッチンの比喩から未来の治療法まで

スペルミンは、がんなどの他の病気にも関与しているようです。これらの症状の根本的なメカニズムを理解するにはさらなる研究が必要であり、その後、スペルミンに基づく治療が現実的な選択肢となる可能性があります。スペルミンと並んで、他の多くのポリアミンも体内で重要な役割を果たすため、医学的に興味深いものです。このため、この分野は将来の研究にとって非常に有望です。 「根底にあるプロセスをより深く理解できれば、いわば、より美味しくて消化に良い料理を作ることができます。そうすれば、どのスパイスをどのくらいの量で使用すれば、ソースが特に美味しくなるのかが正確にわかるようになるからです。」とルオ氏は言います。

AIと高度なイメージングがスペルミン研究を加速

人工知能は利用可能なすべてのデータに基づいて「ソースの材料」の有望な組み合わせをより迅速に計算できるため、この検索にも使用されています。 Luo氏はまた、これらのプロセスを細胞内レベルまでリアルタイムで捉えることができる時間分解散乱測定と高解像度イメージングが、この研究と今後の研究にとって重要であると指摘している。 PSI 以外では、このような高度な手法を利用できるのは、世界中のいくつかの放射光施設だけです。

ポール・シェラー研究所PSIの研究者らは、体の細胞内の多くのプロセスを制御する小分子であるスペルミンがどのようにしてアルツハイマー病やパーキンソン病などの病気を防ぐことができるのかを明らかにした。スペルミンは麺上のチーズのような働きをし、特定のタンパク質を凝集させることで特定のタンパク質を無害にする。この発見は、そのような病気と戦うのに役立つ可能性があります。この研究は現在雑誌に掲載されています ネイチャーコミュニケーションズ。

私たちの平均余命は伸び続けていますが、それに伴って、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患を含む加齢に伴う病気がますます一般的になってきています。これらの疾患は、誤って折りたたまれたアミロイドタンパク質からなる有害なタンパク質構造が脳内に蓄積することによって引き起こされます。その形状は繊維やスパゲッティを彷彿とさせます。現在まで、そのような蓄積を予防または除去する効果的な治療法はありません。

しかし、スペルミンと呼ばれる体内に自然に存在する分子は希望を与えてくれます。ポール・シェラー研究所PSIの生命科学センターの研究リーダー、Jinghui Luo氏が率いる研究者らは、実験で、この物質が小型線虫の寿命を延ばし、老後の運動性を改善し、細胞の動力源であるミトコンドリアを強化できることを発見した。具体的には、研究者らは、スペルミンが体の免疫システムが神経を損傷するアミロイドタンパク質の蓄積を除去するのにどのように役立つかを観察しました。

新しい発見は、そのような病気の新しい治療法を開発するための基礎として役立つ可能性があります。

細胞プロセスの中心的なメディエーター

スペルミンは生物にとって不可欠な物質です。それは、比較的小さな有機分子である、いわゆるポリアミンに属します。スペルミンは 150 年以上前に初めて発見され、精液に特に高濃度で含まれることからその名が付けられました。しかし、それは体の他の多くの細胞、特に活動的で分裂可能な細胞でも起こります。

スペルミンは細胞の移動性と活動を促進し、多くのプロセスを制御します。とりわけ、ゲノムの核酸と相互作用し、遺伝子の発現とタンパク質への変換を制御します。これにより、細胞が適切に成長、分裂し、最終的には死滅することが保証されます。スペルミンは、生体分子の凝縮と呼ばれる重要な細胞プロセスの中心でもあります。このプロセスでは、タンパク質や核酸などの特定の巨大分子が細胞内で液滴状の形で分離して集まり、そこで重要な反応が起こることができます。

アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患に関連して、スペルミンが神経細胞を保護し、加齢に伴う記憶喪失を軽減できるという証拠がこれまでにありました。しかし、スペルミンが神経損傷過程にどのように介入するのかについては、これまでより正確な理解が不足しており、それを理解することでスペルミンから医学的利益を得ることが可能になる可能性がある。

細胞老廃物の除去を助ける

Jinghui Luo氏のグループは現在、これについてさらに詳しく調査している。研究者らは、光学顕微鏡法に加えて、PSI のスイス光源 SLS で SAXS 散乱技術も使用して、これらのプロセスの分子動力学を解明しました。調査は両方ともガラス毛細管内で行われました (インビトロ) そして生きている生物の中では (生きている）。線虫 C. elegans はモデル生物として機能しました。

スペルミンは有害なタンパク質を集め、ある意味、生体分子の凝縮を通じて凝集させることが示されました。これにより、私たちの細胞内で日常的に起こるオートファジーと呼ばれるプロセスが促進されます。損傷したタンパク質や不要なタンパク質は小さな膜小胞に包まれ、酵素によって安全に分解されます。これは事実上、自然なリサイクルプロセスです。

「オートファジーは、より大きなタンパク質の塊を処理する場合により効果的です」と研究リーダーのルオ氏は言う。 「そして、スペルミンは、いわば、鎖を結び付ける結合剤です。分子間には弱い引力しかなく、これらは分子を組織化しますが、しっかりと結合するわけではありません。」

全体をスパゲッティの皿のように想像することもできる、とルオ氏は言います。 「スペルミンは、細長い麺を接着せずにつなぎ、消化しやすくするチーズのようなものです。」

求められているのは、材料の適切な組み合わせです

スペルミンは、癌などの他の病気にも影響を与えます。ここでも、作用メカニズムを解明するための研究が必要であり、その場合にはスペルミンに基づく治療アプローチが考えられるだろう。スペルミンに加えて、生物体内で重要な機能を果たすため、医学的に興味深いポリアミンが他にもたくさんあります。したがって、この分野の研究には大きな可能性があります。 「根底にあるプロセスをより深く理解できれば、いわば、より美味しくて消化に良い料理を作ることができます。そうすれば、どのスパイスをどのくらいの量で使用すれば、ソースが特に美味しくなるのかが正確にわかるようになるからです。」とルオ氏は言います。

人工知能は利用可能なすべてのデータに基づいて「ソースの材料」の有望な組み合わせをより迅速に計算できるため、この検索にも使用されています。 Luo氏はまた、このようなプロセスをリアルタイムで細胞内レベルまで描写できる時間分解散乱測定技術と高解像度イメージングも、今回およびその後の研究にとって重要であると指摘している。 PSI を除けば、このような方法を利用できるのは世界中のいくつかの放射光施設だけです。