Mikrofotografie zobrazující depozita amyloidu (růžová) v tenkém střevě. Barvení H&E.
Amyloidy jsou nerozpustné vláknité proteinové agregáty, které mají specifické strukturní vlastnosti. Abnormální hromadění amyloidu v orgánech může vést k amyloidóze a může hrát roli u různých dalších neurodegenerativních onemocnění.
Název amyloid pochází z dřívějšího mylného označení této látky jako škrobu (latinsky amylum) na základě hrubé techniky barvení jódem. Po určitou dobu vědecká komunita diskutovala o tom, zda jsou amyloidní depozita tukovými nebo sacharidovými usazeninami, až se nakonec dospělo k závěru, že se nejedná ani o jedno, ale spíše o depozita bílkovinné hmoty.
Mikrofotografie zobrazující depozita amyloidu v tenkém střevě. Barvení konžskou červení.
Ve zbytku tohoto článku bude použit biofyzikální kontext.
Nemoci s amyloidy
Ne-nemocné a funkční amyloidy
Amyloid se vyznačuje křížovou kvartérní strukturou beta-listů, to znamená, že beta-řetězce poskládaných beta-listů pocházejí z různých monomerů proteinu a jsou uspořádány kolmo k ose fibrily. Zatímco amyloid se obvykle identifikuje pomocí fluorescenčních barviv, polarimetrie skvrn, kruhového dichroismu nebo FTIR (všechna tato měření jsou nepřímá), „zlatým standardem“ pro zjištění, zda struktura obsahuje křížová beta-vlákna, je umístění vzorku do rentgenového difrakčního svazku. Vznikají dva charakteristické difrakční signály rozptylu při 4,7 a 10 Ångstromech (0,47 nm a 1,0 nm), které odpovídají mezivláknovým a stohovacím vzdálenostem v beta listech: [Jak uvést odkaz a odkaz na shrnutí nebo text] Je třeba poznamenat, že „stohy“ beta listů jsou krátké a procházejí v šířce amyloidní fibrily; délka amyloidní fibrily je budována zarovnanými vlákny.
Polymerizace amyloidu (agregace nebo nekovalentní polymerizace) je obecně citlivá na sekvenci, to znamená, že mutace v sekvenci mohou zabránit samosestavování, zejména pokud se jedná o mutaci narušující beta-list, jako je prolin. Například lidé produkují amylin, amyloidogenní peptid spojený s diabetem II. typu, ale u potkanů a myší jsou proliny v kritických místech substituovány a k amyloidogenezi nedochází [Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text].
Existují dvě široké třídy polypeptidových sekvencí tvořících amyloid. Polypeptidy bohaté na glutamin jsou důležité pro amyloidogenezi kvasinkových a savčích prionů a Huntingtonovy choroby. Když jsou peptidy v konformaci beta listu, zejména když jsou zbytky paralelní a v registru (což způsobuje zarovnání), mohou glutaminy zpevnit strukturu vytvořením vnitropásmové vodíkové vazby mezi svými amidovými karbonyly a nitrogeny. Obecně platí, že u této třídy onemocnění koreluje toxicita s obsahem glutaminu [Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text] To bylo pozorováno ve studiích věku nástupu Huntingtonovy choroby (čím delší je polyglutaminová sekvence, tím dříve se objeví příznaky) a bylo potvrzeno v modelovém systému C. elegans s upravenými polyglutaminovými peptidy [Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text].
Jiné polypeptidy a proteiny, jako je amylin a protein beta Alzheimerovy choroby, nemají jednoduchou konsenzuální sekvenci a předpokládá se, že fungují na základě hydrofobní asociace [Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text] Mezi hydrofobními zbytky se zjistilo, že aromatické aminokyseliny mají nejvyšší sklon k amyloidogenitě. [Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text]
U těchto peptidů je in vitro a pravděpodobně i in vivo pozorována křížová polymerizace (fibrily jedné polypeptidové sekvence způsobují vznik dalších fibril jiné sekvence).Tento jev je důležitý, protože by vysvětloval mezidruhové šíření prionů a rozdílnou rychlost šíření prionů, stejně jako statistickou souvislost mezi Alzheimerovou chorobou a diabetem 2. typu.[Obecně platí, že čím podobnější je peptidová sekvence, tím účinnější je křížová polymerizace, ačkoli zcela nepodobné sekvence se mohou křížově polymerizovat a velmi podobné sekvence mohou být dokonce „blokátory“, které polymerizaci brání [Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text] Polypeptidy nebudou křížově polymerizovat své zrcadlové protějšky, což naznačuje, že tento jev zahrnuje specifické vazebné a rozpoznávací události [Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text].
Důvody spojení amyloidu s onemocněním jsou nejasné. V některých případech depozita fyzicky narušují architekturu tkáně, což naznačuje narušení funkce nějakým objemovým procesem. Vznikající konsenzus naznačuje, že na vzniku buněčné smrti se podílejí spíše prefibrilární meziprodukty než zralá amyloidní vlákna.
Studie ukázaly, že ukládání amyloidu je spojeno s mitochondriální dysfunkcí a následnou tvorbou reaktivních forem kyslíku (ROS), které mohou iniciovat signální dráhu vedoucí k apoptóze .
Klinicky se amyloidní onemocnění obvykle identifikují podle změny intenzity fluorescence planárních aromatických barviv, jako je thioflavin T nebo kongová červeň. Pozitivita konžské červeně zůstává zlatým standardem pro diagnostiku amyloidózy. Obecně se to připisuje změně prostředí, protože tato barviva interkalují mezi beta-řetězci. Kongofilní amyloidní plaky obecně způsobují jablečně zelený dvojlom při pohledu přes zkřížené polarimetrické filtry. Aby se zabránilo nespecifickému barvení, používají se jiná histologická barviva, například barvení hematoxylinem a eozinem, která tlumí aktivitu barviv na jiných místech, například v jádře, kde by se barvivo mohlo vázat. Moderní technologie protilátek a imunohistochemie usnadnila specifické barvení, ale často to může způsobit potíže, protože epitopy mohou být skryty v amyloidovém záhybu; struktura amyloidového proteinu je obvykle jiné konformace než ta, kterou rozpoznává protilátka.