แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ใหม่ที่อธิบายว่าโปรตีนประกอบตัวเองเป็นกองที่เรียกว่าเส้นใยอะไมลอยด์สามารถช่วยในการค้นหายาเพื่อรักษาโรคเช่นโรคอัลไซเมอร์และพาร์กินสันได้อย่างไร แบบจำลองนี้พัฒนาโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักรและมหาวิทยาลัยลุนด์ในสวีเดน โดยใช้สมการอัตราและยืนยันว่าขั้นตอนปฏิกิริยาด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่อยู่เบื้องหลังการรวมตัวของโปรตีนเกิดขึ้นในลักษณะเร่งปฏิกิริยา
คล้ายกับปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์
การประกอบโปรตีนด้วยตัวเองในเส้นใยแอมีลอยด์เป็นกระบวนการทางชีววิทยาตามธรรมชาติที่ทราบว่าเกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ รวมถึงโรคเบาหวานประเภท II เช่นเดียวกับโรคอัลไซเมอร์และพาร์กินสัน นักวิจัยหวังว่าจะได้รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการรักษาโรคดังกล่าวด้วยการคลี่คลายปฏิกิริยาที่นำไปสู่เส้นใยชีวภาพเหล่านี้ ในที่สุด ความรู้ดังกล่าวยังสามารถทำให้สามารถป้องกันโรคเหล่านี้ได้ด้วยการพัฒนายาที่ยับยั้งกระบวนการประกอบโปรตีนที่หัวใจของพวกเขา
กระบวนการเร่งปฏิกิริยาสองขั้นตอนนักวิจัยทราบดีว่าเส้นใยชีวภาพประกอบขึ้นจากโมโนเมอร์ของโปรตีนในกระบวนการปฏิกิริยานิวเคลียส “ปฐมภูมิ” ที่ช้า ตามด้วยกระบวนการที่เร็วขึ้นซึ่งช่วยให้เส้นใยยืดออกได้ กระบวนการปฏิกิริยาทุติยภูมิ ซึ่งรวมถึงการสร้างนิวเคลียสของเส้นใยใหม่บนพื้นผิวของเส้นใยที่มีอยู่ การแตกของเส้นใยและการแตกแขนง มักมาพร้อมกับสองขั้นตอนแรกเหล่านี้
งานก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าขั้นตอนการยืดตัวนั้นอธิบายได้ดีที่สุดว่าเป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาสองขั้นตอนที่ควบคุมโดยกฎหมายอัตราที่เรียกว่า Michaelis-Menten ซึ่งใช้ครั้งแรกในปี 1913 เพื่ออธิบายอัตราของปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนด้วยเอนไซม์ ขั้นตอนของนิวเคลียสทุติยภูมิ – ซึ่งทราบกันดีว่ามีความสำคัญต่อการรวมตัวของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์ที่เรียกว่า Ab40 – อธิบายโดยกฎอัตราที่คล้ายคลึงกันและยังเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอีกด้วย
การรวมตัวเร่งปฏิกิริยา
ทีมงานที่นำโดยTuomas KnowlesและAlexander Dearได้สร้างข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้เพื่อพัฒนาสมการทางคณิตศาสตร์ทั่วไปที่เรียบง่ายและซับซ้อนซึ่งจำลองจลนศาสตร์ของการสร้างเส้นใยอะไมลอยด์และการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของโปรตีนรวมเมื่อเวลาผ่านไป ทีมงานยังได้นำแบบจำลองนี้ไปใช้กับข้อมูลทดลองเกี่ยวกับการรวมตัวของ Ab40
การทดลองบอกเป็นนัยว่า Ab40 เริ่มรวมตัวที่ส่วนต่อประสาน ตัวอย่างเช่น พื้นผิวของสารละลายของเหลวหรือผนังกระจกของหลอดทดลองที่ทำการทดลอง เดียร์กล่าวว่าการจับคู่ที่ใกล้เคียงกันระหว่างแบบจำลองกฎอัตราและ ผลลัพธ์ ในหลอดทดลอง ก่อนหน้า นั้นสนับสนุนสมมติฐานนี้ ซึ่งบ่งชี้ว่าส่วนต่อประสานอาจมีบทบาทคล้ายเอนไซม์ในการส่งเสริมการรวมตัวของโปรตีน “รูปแบบใหม่ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับธรรมชาติของการรวมกลุ่มโดยแสดงให้เห็นว่าแต่ละขั้นตอนในกระบวนการรวมกลุ่ม (การเติบโตของเส้นใยและทั้งนิวเคลียสหลักและรองของเส้นใยใหม่) โดยทั่วไปแล้วจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในธรรมชาติ” เขากล่าวกับPhysics World เขาเสริมว่ารุ่นก่อนหน้าไม่ได้คำนึงถึงสิ่งนี้
การดึงโปรตีนผ่านรูพรุนจะสลายมวลรวมผลคล้ายเอนไซม์รูปแบบที่เรียบง่ายกว่าของแบบจำลองนี้ยังช่วยให้นักวิจัยเห็นว่า “ความอิ่มตัว” ของเอนไซม์ในแต่ละขั้นตอนส่งผลต่อการเพิ่มจำนวนโดยรวมของเส้นใยอะไมลอยด์อย่างไร เนื่องจากพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ จะถูกครอบครองอย่างเต็มที่ที่ความเข้มข้นของโปรตีนสูง “ดังนั้นเราจึงสามารถกำหนดความเข้มข้นของโปรตีนที่แต่ละขั้นตอนของปฏิกิริยาอิ่มตัวจากเส้นกราฟการเติบโตของไฟบริลที่วัดได้” Dear กล่าว
การค้นพบว่านิวเคลียสหลักของ Ab40 ถูกเร่งปฏิกิริยา
โดยส่วนต่อประสานก็มีผลกระทบต่อวิธีที่โปรตีนรวมตัวในร่างกายมนุษย์ เนื่องจากนิวเคลียสที่ต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมอย่างมาก เดียร์กล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสภาพแวดล้อมทางชีวเคมีในสมองหรือร่างกายอาจเปลี่ยนแนวโน้มที่จะเกิดอะไมลอยด์ได้อย่างมาก ในท้ายที่สุด นักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาในJournal of Chemical Physicsเชื่อว่าผลลัพธ์ของพวกเขาสามารถนำมาใช้เพื่อพัฒนาสารยับยั้งการก่อตัวของอะไมลอยด์ได้ และทำให้การรักษาโรคใหม่ๆ เช่น อัลไซเมอร์
“มันดูเหมือนเป็นการขับไล่ เพราะปฏิสัมพันธ์นี้หมายความว่าพวกมันจะเว้นระยะห่าง มากกว่าที่จะตรงกันข้าม ซึ่งจะทำให้พวกมันชนกัน” Bacik กล่าว เขาเสริมว่าแม้ว่าการโต้ตอบจะมีอยู่ตลอดเวลา “ความแรงของการปลุกนี้จะสลายไปจากเนินทราย ดังนั้นในขณะที่เนินทรายด้านล่างยังคงหลบหนี การโต้ตอบจะอ่อนลงและอ่อนลง” และเมื่อเนินทรายเคลื่อนตัวในตอนแรก หรือมีกระแสน้ำไหลเชี่ยว การโต้ตอบจะเพิ่มขึ้นและผลักเนินทรายปลายน้ำให้หนักขึ้นอีกเล็กน้อย – “ทำให้ได้ลูกเตะพิเศษ”
จากการทดลองพบว่าแรงผลักของเนินทรายเป็นปรากฏการณ์ที่รุนแรง หากเนินทรายอยู่ใกล้พอที่จะเริ่มต้น การแยกเนินทรายจะเกิดขึ้นที่อัตราการไหลทั้งหมดที่สำรวจ มันยังคงอยู่เมื่อเนินทรายมีขนาดต่างกัน เมื่อนักวิจัยสร้างเนินทรายปลายน้ำที่ใหญ่กว่าเนินต้นน้ำ 2.5 เท่า พวกเขาพบว่าในขั้นต้นเนินทรายต้นน้ำที่เล็กกว่าจะอพยพเร็วขึ้น แต่เมื่อช่องว่างปิด แรงผลักที่เกิดจากการปลุกก็จะแข็งแกร่งขึ้น และเนินทรายปลายน้ำที่ใหญ่ขึ้นก็เร็วขึ้น อีกครั้ง ในที่สุดเนินทรายทั้งสองก็เริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน
แม้ว่าเนินทรายทดลองจะอยู่ใต้น้ำ แต่ Bacik มั่นใจว่าเนินทรายบนบกมีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกัน โดยมีปฏิสัมพันธ์ที่เกิดจากความปั่นป่วนของอากาศ “ทั้งก๊าซและของเหลวเป็นของเหลวจากมุมมองทางกายภาพ ดังนั้นพวกมันจึงเป็นไปตามสมการเดียวกัน” เขาอธิบาย Bacik เสริมว่าภาพถ่ายดาวเทียมที่ศึกษาโดยนักวิจัยคนอื่นๆ ชี้ให้เห็นถึงปฏิสัมพันธ์ที่คล้ายคลึงกันระหว่างเนินทรายในทะเลทราย อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนไหวเหล่านี้เกิดขึ้นในช่วงหลายทศวรรษ ไม่ใช่ชั่วโมง “ยิ่งเนินทรายใหญ่เท่าไหร่ก็ยิ่งเคลื่อนที่ช้าลงเท่านั้น” Bacik อธิบาย
ทรายที่คัดแยกตัวเองสร้างคลื่นขนาดใหญ่ลึกลับ
Hans Herrmannนักฟิสิกส์จาก ESPCI Paris ไม่แปลกใจกับการค้นพบนี้ แต่รู้สึกประทับใจกับผลงานนี้ เขาบอกกับPhysics Worldว่า “ฉันไม่เคยสงสัยเลยว่ามีปฏิสัมพันธ์ทางอุทกพลศาสตร์ระหว่างเนินทรายไม่ว่าจะอยู่ในน้ำหรือในอากาศ แต่เป็นการยากมากที่จะรวมการโต้ตอบดังกล่าวไว้ในแบบจำลอง ดังนั้นทุกรุ่นจึงละเลยพวกเขา” Herrmann เสริมว่างาน “เป็นการวัดผลการทดลองที่สวยงามของผลที่ตามมาของกองกำลังเหล่านี้ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นผลงานที่มีประโยชน์และสำคัญมาก”
Credit : aioproductions.net americanhovawartclub.com asdcarlopoletti.com askdrwang.com benamatirecruiter.com blisterama.info bobosbigtopbabes.com bookbrouser.com brandrecoveryseries.com burberryoutletshoponline.net
