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Nature Communications | 小分子anle138b特异性结合Aβ₄₀纤维中央腔并调控其形成

Nature Communications | 小分子anle138b特异性结合Aβ₄₀纤维中央腔并调控其形成
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该研究利用冷冻电镜、核磁共振和分子动力学模拟等多种先进技术,揭示了anle138b如何特异性结合Aβ₄₀纤维的中央腔并抑制其形成。研究还发现该小分子在预处理条件下可减少约75%的纤维形成,为阿尔茨海默病的小分子治疗提供了新的结构基础和机制线索。

 

文献概述
本文《Anle138b binds predominantly to the central cavity in lipidic Aβ₄₀ fibrils and modulates fibril formation》,发表于《Nature Communications》杂志,回顾并总结了阿尔茨海默病相关的Aβ₄₀纤维结构与小分子结合机制。研究通过结构生物学手段,解析了anle138b对脂质环境下Aβ₄₀纤维的调控作用,强调其在疾病模型中的潜在应用价值。

背景知识
阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一种以β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积和tau蛋白病理为特征的神经退行性疾病。Aβ₄₀和Aβ₄₂是两种主要的Aβ异构体,其中Aβ₄₂因更易聚集而被认为与疾病进展密切相关。L1型Aβ₄₀纤维因其在结构上与AD患者脑组织中观察到的病理纤维高度相似,成为研究Aβ聚集机制的重要体外模型。当前,靶向Aβ的抗体治疗虽有一定疗效,但副作用显著,因此小分子药物因其血脑屏障通透性好、毒性可控,成为新的研究热点。anle138b是一种多靶点小分子,已在动物模型中显示出对Aβ和tau的双重抑制作用,并正在进行MSA的II期临床试验。本研究通过结合生物物理与结构生物学手段,解析其在L1型Aβ₄₀纤维中的结合位点与调控机制,为开发更有效的小分子治疗策略提供理论基础。

 

提供阿尔茨海默病相关基因编辑小鼠模型和全基因组人源化模型,涵盖Aβ、tau等多种靶点,支持疾病机制研究、药物筛选和基因治疗研发。

 

研究方法与实验
研究采用体外纤维形成系统,通过脂质体(DMPG)模拟疾病相关条件,并使用三种不同小分子与蛋白摩尔比(SMPR=0, 0.6, 1.2)分析anle138b对Aβ₄₀纤维形成的影响。结合硫黄素T荧光、圆二色光谱(CD)、冷冻电镜(cryo-EM)和固态核磁共振(ssNMR)技术,评估纤维形成动力学和结构变化。分子动力学(MD)模拟进一步揭示结合模式和分子间相互作用。

关键结论与观点

  • anle138b以剂量依赖方式抑制Aβ₄₀纤维形成,特别是在预处理条件下(SMPR=1.2)纤维形成减少约75%。
  • 通过ssNMR和cryo-EM分析,发现anle138b结合于L1型Aβ₄₀纤维的中央腔区域,主要涉及loop区域(Ala21–Gly33)内的多个氨基酸残基,如Ala21、Ala30、Ile31等。
  • 在后处理条件下,anle138b结合位点主要位于纤维表面,包括Lys16、Lys28等,且结合未改变纤维整体结构。
  • MD模拟显示,anle138b可自发插入中央腔,通过氢键和极性相互作用稳定结合,并在脂质存在下仍保持结合能力。
  • ITC实验测定anle138b与Aβ₄₀纤维的解离常数(Kd)为0.64μM,结合化学计量比约0.72分子/单体,与NMR滴定数据一致。

研究意义与展望
该研究首次在原子层面揭示了anle138b与Aβ₄₀纤维的结合机制,为靶向Aβ聚集的小分子开发提供了结构指导。未来可进一步研究其在体内模型中的作用机制,以及是否结合其他Aβ异构体或tau纤维。此外,识别anle138b稳定结合的早期非纤维化Aβ聚集体,有助于理解其疾病修饰作用,为开发更具选择性的小分子抑制剂奠定基础。

 

提供多种神经退行性疾病相关药效评价服务,包括阿尔茨海默病、帕金森病等,支持行为学实验、病理分析及分子检测,助力药物临床前研究。

 

结语
本研究为阿尔茨海默病相关Aβ₄₀纤维的结构和小分子调控机制提供了高分辨率结构生物学证据。通过多种先进技术,研究团队确定了anle138b在脂质环境中优先结合L1型Aβ₄₀纤维中央腔,抑制其形成。这一发现不仅加深了对Aβ纤维化与小分子药物结合模式的认识,也为开发新型抗Aβ疗法提供了重要线索。未来研究可进一步解析anle138b如何影响体内病理模型,并探索其作为诊断或治疗工具的潜力。

 

文献来源:
Mookyoung Han, Benedikt Frieg, Dirk Matthes, Loren B Andreas, and Christian Griesinger. Anle138b binds predominantly to the central cavity in lipidic Aβ₄₀ fibrils and modulates fibril formation. Nature Communications.
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