Summary

β-淀粉脂质诱导纤维蛋白斑点结构异常的光谱分析

Published: November 30, 2018
doi:

Summary

本文介绍了两种方法, 可以单独使用, 也可以结合使用, 分析β-淀粉样蛋白对纤维蛋白凝块结构的影响。其中包括一种用于创建体外纤维蛋白凝块的协议, 其次是血栓浊度和扫描电子显微镜方法。

Abstract

本文介绍了用光谱法和扫描电镜 (sem) 法生成β-淀粉样蛋白 (aβ) 蛋白对凝块形成和结构的影响的体外纤维蛋白凝块的制备方法。aβ在阿尔茨海默氏症 (ad) 中形成神经毒性淀粉样聚集体, 已被证明与纤维蛋白原相互作用。这种 aβ-纤维蛋白原相互作用使纤维蛋白凝块结构异常, 对纤溶具有抵抗力。β诱导的纤维蛋白凝血异常也可能导致脑血管方面的 ad 病理, 如微梗塞, 炎症, 以及脑淀粉样血管病变 (caa)。鉴于神经血管缺陷在 ad 病理中的潜在关键作用, 开发能够抑制或减少 aca-纤维蛋白原相互作用的化合物具有很好的治疗价值。在体外的方法,其中纤维蛋白凝块的形成可以很容易和系统地评估是潜在的有用的工具, 开发治疗化合物。本文介绍了一种纤维蛋白凝块体生成的优化方案, 以及 aβ和β-纤维蛋白原相互作用抑制剂的影响分析。凝块浊度检测快速、重现性高, 可用于同时检测多种条件, 从而可以筛选出大量的β纤维蛋白原抑制剂。可以进一步评估这种筛选产生的命中化合物是否能够使用 sem 改善光纤纤维蛋白凝块结构异常。使用 tdi-2760 (一种最近发现的抗逆转录酶原相互作用抑制剂) 在这里演示了这些优化方案的有效性。

Introduction

阿尔茨海默病 (ad) 是一种导致老年患者认知能力下降的神经退行性疾病, 主要源于β-淀粉样蛋白 (aβ) 的异常表达、聚集和清除障碍, 导致神经毒性1,2. 尽管 aβ集合体与 ad3之间存在良好的联系, 但疾病病理的确切机制尚不清楚4。越来越多的证据表明, 神经血管缺陷在 ad5的进展和严重程度中起着一定的作用, 因为 aβ与循环系统的组成部分直接相互作用。aβ与纤维蛋白原7,8有高亲和力的相互作用, 在 ad 患者和小鼠模型9,10,11中也定位到 aβ沉积。此外, β-纤维蛋白原相互作用诱导异常的纤维蛋白凝块形成和结构, 以及对纤维蛋白溶解的抵抗力9,12。治疗 ad 的一种治疗方法是通过抑制 aβ和纤维蛋白原13, 14 之间的相互作用来缓解循环缺陷。因此, 我们通过高通量筛选和药物化学方法 13, 14, 发现了几种抑制β纤维蛋白原相互作用小化合物。为了测试光纤 b 系与原相互作用抑制剂的有效性, 我们优化了两种体外纤维蛋白凝块形成的分析方法: 凝块浊度分析和扫描电镜 (sem)14

凝乳浊度测定是利用紫外可见光谱监测纤维蛋白凝块形成的一种直接快速的方法。随着纤维蛋白凝块的形成, 光线越来越分散, 溶液的浊度也在增加。相反, 当 aβ存在时, 纤维蛋白凝块的结构会改变, 混合物的浊度会降低 (图 1)。抑制化合物的效果可以评估的可能性, 以恢复凝块浊度从β诱导的异常。虽然浊度分析可以快速分析多种条件, 但它提供的关于凝块形状和结构的信息有限。sem, 其中固体物体的地形是电子探针揭示, 允许分析的三维结构的凝块15,16, 17,18, 并评估如何存在的 aβ和/或抑制化合物改变结构9,14。光谱法和扫描电镜都是经典的实验室技术, 已被用于各种目的, 例如, 分光光度法用于监测淀粉样蛋白聚集19,20。同样, sem 也被用来分析由阿尔茨海默氏症、帕金森病和血栓栓塞中风 212223 例患者的血浆形成的纤维蛋白凝块。这里介绍的协议是优化评估纤维蛋白凝块形成的重现性和快速的方式。

下面的协议提供了在有和没有 aβ的体外纤维蛋白凝块的制备说明。详细介绍了 aβ对纤维蛋白凝块形成和结构影响的分析方法。这两种方法测量抗β纤维蛋白原相互作用的有效性已证明使用 tdi-2760, 一种小型抑制化合物 14.这些方法, 无论是单独和共同, 允许快速和直接的分析体纤维蛋白凝块的形成。

Protocol

1. 用于分析的 aβ42和纤维蛋白原的制备 从冻干粉制备单分子 aβ42 将 aβ42粉末加热至室温, 并在 1500 x 克的温度下旋转30秒。 每0.5 毫克 aβ42粉末加入100μl 冰凉六氟异丙醇 (hfip), 并在冰上孵育30分钟。注意: 在处理 hfip 时要小心, 并在化学罩中执行所有步骤。 准备20μl 的等价物, 让薄膜在化学罩中干燥 2-3小时, 薄膜可以储存在-20°c。 在10μl 新鲜二甲基亚硫酸 (d…

Representative Results

在体外凝血 (浊度) 检测中, 酶凝血酶裂解纤维蛋白原, 导致纤维蛋白网络24的形成。这种纤维蛋白凝块的形成会导致通过溶液的光的散射, 导致浊度增加 (图 1), 在读数周期结束前形成 (图 2, 绿色)。当纤维蛋白原在 aβ42存在下孵育时, 溶液的浊度下降, 曲线的最大高度约为纤维蛋白原的一半 (<strong class="xfig"…

Discussion

这里描述的方法为纤维蛋白凝块体形成的评估提供了一种可重复和快速的方法。此外, 该系统的简单性使得对 aβ如何影响纤维蛋白凝块形成和结构的解释相对直接。在本实验室的前一份出版物中, 证明了这些检测方法可用于测试化合物抑制 ab-纤维蛋白原相互作用能力 13,14。利用这两种方法, 分析了一系列合成化合物抑制β纤维蛋白原相互作用?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

作者感谢纽约三机构治疗发现研究所 (tdi) 的川崎正森、麻岛一郎和迈克尔·福利合成了 acam 纤维蛋白原相互作用抑制剂及其宝贵的建议。作者还感谢斯特里克兰德实验室的成员进行了有益的讨论。这项工作得到了国家卫生研究院批准 ns104386, 阿尔茨海默氏药物发现基金会和罗伯逊治疗发展基金 h. a., nih 授予 ns50537, 三机构治疗发现研究所, 阿尔茨海默氏症药物发现基金会,rudin 家庭基金会和 john a. herrmann 为 s. s。

Materials

Fibriogen, Plasminogen-Depleted, Plasma EMD Millipore 341578 keep lid parafilm wrapped to avoid exposure to moisture
Beta-Amyloid (1-42), Human Anaspec AS-20276
Thrombin from human plasma Sigma-Aldrich T7009
1,1,1,3,3,3-Hexafluoro-2-propanol, Greater Than or Equal to 99% Sigma-Aldrich 105228
DIMETHYL SULFOXIDE (DMSO), STERILE-FILTERED Sigma-Aldrich D2438
Pierce BCA Protein Assay Kit Thermo Scientific 23225
Tris Base Fischer Scientific BP152
HEPES Fischer Scientific BP310
NaCl Fischer Scientific S271
CaCl2 Fischer Scientific C70
Filter Syringe, 0.2µM, 25mm Pall 4612
Millex Sterile Syringe Filters, 0.1 um, PVDF, 33 mm dia. Millipore SLVV033RS
Solid 96 Well Plates High Binding Certified Flat Bottom Fischer Scientific 21377203
Spectramax Plus384 Molecular Devices 89212-396
Centrifuge, 5417R Eppendorf 5417R
Branson 200 Ultrasonic Cleaner Fischer Scientific 15-337-22
Lab Rotator Thermo Scientific 2314-1CEQ
Spare washers for cover slip holder Tousimis 8766-01
Narrow Stem Pipets – Sedi-Pet Electron Microscopy Sciences (EMS) 70967-13
Sample holder for CPD (Cover slip holder) Tousimis 8766
Mount Holder Box, Pin Type Electron Microscopy Sciences (EMS) 76610
Round glass cover slides (12 mm) Hampton Research HR3-277
10% Glutaraldehyde Electron Microscopy Sciences (EMS) 16120
Ethanol Decon Labs 11652
24 well plate Falcon 3047
Na Cacodylate Electron Microscopy Sciences (EMS) 11652
SEM Stubs, Tapered end pin. Electron Microscopy Sciences (EMS) 75192
PELCO Tabs, Carbon Conductive Tabs, 12mm OD Ted Pella 16084-1
Autosamdri-815 Critical Point Dryer with Gold/Palladium target Tousimis
Denton Desk IV Coater Denton Vacuum
Leo 1550 FE-SEM Carl Zeiss
Smart SEM Software Carl Zeiss

Riferimenti

  1. Selkoe, D. J., Schenk, D. Alzheimer’s disease: molecular understanding predicts amyloid-based therapeutics. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 43, 545-584 (2003).
  2. Kurz, A., Perneczky, R. Amyloid clearance as a treatment target against Alzheimer’s disease. Journal of Alzheimer’s Disease. 24, 61-73 (2011).
  3. Benilova, I., Karran, E., De Strooper, B. The toxic Abeta oligomer and Alzheimer’s disease: an emperor in need of clothes. Nature Neuroscience. 15 (3), 349-357 (2012).
  4. Karran, E., Hardy, J. A critique of the drug discovery and phase 3 clinical programs targeting the amyloid hypothesis for Alzheimer disease. Annals of Neurology. 76 (2), 185-205 (2014).
  5. Yoshikawa, T., et al. Heterogeneity of cerebral blood flow in Alzheimer disease and vascular dementia. AJNR, American Journal of Neuroradiology. 24 (7), 1341-1347 (2003).
  6. Strickland, S. Blood will out: vascular contributions to Alzheimer’s disease. The Journal of Clinical Investigation. 128 (2), 556-563 (2018).
  7. Ahn, H. J., et al. Alzheimer’s disease peptide beta-amyloid interacts with fibrinogen and induces its oligomerization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (50), 21812-21817 (2010).
  8. Zamolodchikov, D., et al. Biochemical and structural analysis of the interaction between beta-amyloid and fibrinogen. Blood. 128 (8), 1144-1151 (2016).
  9. Cortes-Canteli, M., et al. Fibrinogen and beta-amyloid association alters thrombosis and fibrinolysis: a possible contributing factor to Alzheimer’s disease. Neuron. 66 (5), 695-709 (2010).
  10. Cortes-Canteli, M., Mattei, L., Richards, A. T., Norris, E. H., Strickland, S. Fibrin deposited in the Alzheimer’s disease brain promotes neuronal degeneration. Neurobiology of Aging. 36 (2), 608-617 (2015).
  11. Liao, L., et al. Proteomic characterization of postmortem amyloid plaques isolated by laser capture microdissection. The Journal of Biological Chemistry. 279 (35), 37061-37068 (2004).
  12. Zamolodchikov, D., Strickland, S. Abeta delays fibrin clot lysis by altering fibrin structure and attenuating plasminogen binding to fibrin. Blood. 119 (14), 3342-3351 (2012).
  13. Ahn, H. J., et al. A novel Abeta-fibrinogen interaction inhibitor rescues altered thrombosis and cognitive decline in Alzheimer’s disease mice. The Journal of Experimental Medicine. 211 (6), 1049-1062 (2014).
  14. Singh, P. K., et al. Aminopyrimidine Class Aggregation Inhibitor Effectively Blocks Abeta-Fibrinogen Interaction and Abeta-Induced Contact System Activation. Biochimica. 57 (8), 1399-1409 (2018).
  15. Pretorius, E., Mbotwe, S., Bester, J., Robinson, C. J., Kell, D. B. Acute induction of anomalous and amyloidogenic blood clotting by molecular amplification of highly substoichiometric levels of bacterial lipopolysaccharide. Journal of the Royal Society Interface. 13 (122), (2016).
  16. Veklich, Y., Francis, C. W., White, J., Weisel, J. W. Structural studies of fibrinolysis by electron microscopy. Blood. 92 (12), 4721-4729 (1998).
  17. Weisel, J. W., Nagaswami, C. Computer modeling of fibrin polymerization kinetics correlated with electron microscope and turbidity observations: clot structure and assembly are kinetically controlled. Biophysical Journal. 63 (1), 111-128 (1992).
  18. Chernysh, I. N., Nagaswami, C., Purohit, P. K., Weisel, J. W. Fibrin clots are equilibrium polymers that can be remodeled without proteolytic digestion. Scientific Reports. 2, 879 (2012).
  19. Klunk, W. E., Jacob, R. F., Mason, R. P. Quantifying amyloid beta-peptide (Abeta) aggregation using the Congo red-Abeta (CR-abeta) spectrophotometric assay. Analytical Biochemistry. 266 (1), 66-76 (1999).
  20. Zhao, R., et al. Measurement of amyloid formation by turbidity assay-seeing through the cloud. Biophysical Reviews. 8 (4), 445-471 (2016).
  21. Bester, J., Soma, P., Kell, D. B., Pretorius, E. Viscoelastic and ultrastructural characteristics of whole blood and plasma in Alzheimer-type dementia, and the possible role of bacterial lipopolysaccharides (LPS). Oncotarget. 6 (34), 35284-35303 (2015).
  22. Pretorius, E., Page, M. J., Mbotwe, S., Kell, D. B. Lipopolysaccharide-binding protein (LBP) can reverse the amyloid state of fibrin seen or induced in Parkinson’s disease. PLoS One. 13 (3), e0192121 (2018).
  23. Kell, D. B., Pretorius, E. Proteins behaving badly. Substoichiometric molecular control and amplification of the initiation and nature of amyloid fibril formation: lessons from and for blood clotting. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 123, 16-41 (2017).
  24. Wolberg, A. S., Campbell, R. A. Thrombin generation, fibrin clot formation and hemostasis. Transfusion and Apheresis Science. 38 (1), 15-23 (2008).
  25. Soon, A. S., Lee, C. S., Barker, T. H. Modulation of fibrin matrix properties via knob:hole affinity interactions using peptide-PEG conjugates. Biomaterials. 32 (19), 4406-4414 (2011).

Play Video

Citazione di questo articolo
Singh, P. K., Berk-Rauch, H. E., Soplop, N., Uryu, K., Strickland, S., Ahn, H. J. Analysis of β-Amyloid-induced Abnormalities on Fibrin Clot Structure by Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy. J. Vis. Exp. (141), e58475, doi:10.3791/58475 (2018).

View Video