胰岛淀粉样多肽与磷脂膜的相互作用以及纤维化聚集抑制的研究

发布时间：2020-08-01 10:53

【摘要】：蛋白质的错折叠与阿尔茨海默症、肌萎缩侧索硬化症、Ⅱ型糖尿病等多种疾病有关,开放式可溶解蛋白质经过错折叠并在细胞内和细胞外形成不溶性淀粉样沉积物是这些疾病的共同特征。尽管与这些疾病有关的各种淀粉样蛋白具有不同的氨基酸序列,但它们可能有着相似的聚集机制及诱导细胞膜破坏的毒性机理。由胰岛β细胞分泌的胰岛淀粉样多肽(IAPP)是Ⅱ型糖尿病患者体内胰岛β细胞中淀粉样斑块的主要成分。IAPP由37个氨基酸组成,在正常的生理条件下呈无规卷曲结构,在病理条件下聚集形成以β折叠为主导结构的纤维,导致β细胞机能丧失和凋亡,这可能是引发Ⅱ型糖尿病的重要原因。体内和体外的研究都发现破坏膜并产生细胞毒性的并不是成熟纤维,而是在聚集过程中产生的中间体寡聚物。因此研究IAPP与磷脂膜的相互作用以及IAPP寡聚体结构与其对磷脂膜破坏能力的关系对了解IAPP的聚集机制和毒性机理有重要的意义。此外,抑制IAPP纤维化聚集被认为是治疗Ⅱ型糖尿病的主要策略和药物研发的重要方法。本论文主要开展了胰岛淀粉多肽与磷脂膜的相互作用及纤维化抑制的研究工作,简要归纳如下:1、由于人胰岛淀粉样多肽(h IAPP)的寡聚体结构多样复杂而且不能够在溶液中稳定存在,我们选用聚集属性较弱的大鼠胰岛淀粉样多肽(rIAPP)为模型肽,使用POPC与POPG的混膜(4:1)作为模型膜,用不同的方法制备出了结构、尺寸、形貌不同的rIAPP寡聚体,研究了这些寡聚体对磷脂膜的破坏能力和作用机理。我们发现rIAPP的寡聚体对于磷脂膜的破坏能力是由寡聚体的尺寸和疏水区域暴露程度两个因素共同调节的。在寡聚体直径小于50 nm的尺寸下,寡聚体对磷脂膜的破坏程度随着疏水区域暴露的增加而增大;当寡聚体直径大于50 nm时,其破坏膜的能力大大减弱,寡聚体的破坏能力也不再与其疏水暴露程度正相关。2、IAPP在其N端区域包含有符合反向胆固醇识别共有序列CARC通式的片段(R11-F15-V17),该片段可能与胆固醇在胰岛淀粉样多肽与磷脂膜的作用中的调节功能相关,为探究CARC是否与胆固醇识别以及识别作用如何影响磷脂膜的性质,本论文工作中使用了聚集能力弱的rIAPP作为模型肽而不是聚集速度过快的hIAPP,并把CARC序列中的关键残基R11和F15分别替换成了A和L,把R18替换成了H(与h IAPP的18位残基相同),研究了rIAPP和这三个变异体在与DPPC磷脂膜和DPPC/胆固醇混膜结合的强弱、对胆固醇在磷脂膜中排布的调节以及对磷脂膜的破坏程度的不同影响。结果表明,无论是野生型rIAPP还是其变异体,胆固醇的存在都减小了它们与磷脂膜的亲和力,加大了它们对磷脂膜的破坏程度。然而,这些肽与磷脂膜的作用机制存在差异:r IAPP和R18H都倾向于与胆固醇富集区结合,并减弱了胆固醇分子间的相互作用,但是rIAPP识别胆固醇的能力更强,对胆固醇在膜内分布影响更大;F15L和R11A的残基替换减小了肽与胆固醇的识别能力,使两个变异体更倾向于与胆固醇贫乏区结合。这些肽与胆固醇的不同作用可能导致了它们对DPPC/胆固醇磷脂膜破坏作用的不同。3、近年来越来越多的研究将氧化石墨烯(GO)用于淀粉样蛋白纤维化的抑制研究中,这得益于GO独特的二维结构、高疏水表面上的sp2杂化芳香环以及分散性好易改性等特点。本论文研究工作通过共价结合的方法在GO表面修饰聚乙烯亚胺(PEI)得到GO-PEI复合物。实验结果显示GO-PEI相比于GO在缓冲溶液中有着更好的稳定性,对h IAPP纤维化聚集的抑制能力更强。GO-PEI能够在聚集过程的成核初期起到了很好的抑制效果,对于生长期中寡聚体和原纤维的形成也有一定的抑制作用,但不能够使成熟的淀粉样纤维解聚。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R587.1

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本文编号：2777364