Регистрация / Вход
Прислать материал

ДВУМЕРНЫЕ ГЕТЕРОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ЯМР ЭКСПЕРИМЕНТЫ И АНАЛИЗ ВЕЛИЧИН ОСТАТОЧНОГОДИПОЛЬ-ДИПОЛЬНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ОПРЕДЕЛЕНИИ СТРУКТУРЫ БЕТА-АМИЛОИДА Aβ13-23 В РАСТВОРЕ

Сведения об участнике
ФИО
Абдрахманов Рустам Жамилевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Физика и астрономия
Раздел области наук
Физика конденсированных сред. Физическое материаловедение
Тема
ДВУМЕРНЫЕ ГЕТЕРОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ЯМР ЭКСПЕРИМЕНТЫ И АНАЛИЗ ВЕЛИЧИН ОСТАТОЧНОГОДИПОЛЬ-ДИПОЛЬНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ОПРЕДЕЛЕНИИ СТРУКТУРЫ БЕТА-АМИЛОИДА Aβ13-23 В РАСТВОРЕ
Резюме
В 1991 году была предложена «амилоидная гипотеза», согласно которой базовой причиной заболевания являются отложения бета-амилоида (Aβ). Ген, кодирующий белок (APP), из которого образуется бета-амилоид, расположен на 21 хромосоме. Установлено, что болезнь Альцгеймера является протеинопатией – заболеванием, связанным с накоплением в тканях мозга ненормально свёрнутых белков – бета-амилоида и тау-белка.
Анализируя данные о наличии кросс-пиков в двумерных 1Н-1H TOCSY и 1Н-1H COSY спектрах были отнесены сигналы протонов CH, CH2 и CH3 групп аминокислот исследуемого бета-амилоида и установлено наличие 11 групп сигналов соответствующих различным аминокислотным остаткам
Ключевые слова
бета-амилоид, ЯМР-спектроскопия, пептид, болезнь Альцгеймера
Цели и задачи
- Получить данные о химических сдвигах ядер 1H с помощью двумерного гетероядерного корреляционного 1H-13C HSQC эксперимента ЯМР. Провести отнесение сигналов ядер 13C для Аβ13-23 в растворе 20 мМ фосфатного буфера при pH=7.3 и T=293 K;

- Освоены методы проведения двумерных гомо- и гетероядерных корреляционных экспериментов ЯМР (1H-1H TOCSY, 1H-13C HSQC);

- С помощью полученных экспериментальных данных о химических сдвигах 1H и 13C была подтверждена химическая структура бета-амилоида Аβ13-23.
Введение

Болезнь Альцгеймера (также сенильная деменция альцгеймеровского типа) – на данный момент, неизлечимое нейродегенеративное заболевание.
Бляшки образуются из малых пептидов длиной в 39-43 аминокислоты, именуемых бета-амилоидом (A-beta, Aβ). Бета-амилоид является фрагментом более крупного белка-предшественника – APP. Этот трансмембранный белок играет важную роль в росте нейрона, его выживании и восстановлении после повреждений. Этот трансмембранный белок играет важную роль в росте нейрона, его выживании и восстановлении после повреждений. При болезни Альцгеймера по неизвестным пока причинам APP подвергается протеолизу – разделяется на пептиды под воздействием ферментов.
 

Методы и материалы

         Изученный в работе бета-амилоид Aβ13-23 был синтезирован в лаборатории пептидного синтеза, отделения химии поверхностных явлений, технического университета Лулео под руководством доктора физико-математических наук Филиппова А.В. (Luleå University of Technology, Luleå, SE-91187, Sweden).

         Бета-амилоид был растворен в 20 мМ фосфатном буфере (90% H2O + 10% D2O) при pH = 7.3 и T = 293°K.

1H и 13C эксперименты ЯМР для бета-амилоида Aβ13-23  в растворе 20 мМ фосфатного буфера были проведены на ЯМР спектрометре Avance-500 (Bruker) (500 МГц (1Н), 125.76 МГц (13С)) при температуре 293 K.

Изученный в работе бета-амилоид Aβ13-23 был синтезирован в лаборатории пептидного синтеза, отделения химии поверхностных явлений, технического университета Лулео под руководством доктора физико-математических наук Филиппова А.В. (Luleå University of Technology, Luleå, SE-91187, Sweden).

         Бета-амилоид был растворен в 20 мМ фосфатном буфере (90% H2O + 10% D2O) при pH = 7.3 и T = 293°K.

1H и 13C эксперименты ЯМР для бета-амилоида Aβ13-23  в растворе 20 мМ фосфатного буфера были проведены на ЯМР спектрометре Avance-500 (Bruker) (500 МГц (1Н), 125.76 МГц (13С)) при температуре 293 K.

         Отнесение сигналов в спектрах ЯМР на ядрах 1H и 13С проводилось по методике совместного использования TOCSY и HSQC экспериментов.

Описание и обсуждение результатов

В спектрах 1Н-1H TOCSY и 1Н-1H COSY экспериментов наблюдалось наличие 11 групп сигналов соответствующих различным аминокислотным остаткам. Таким образом, анализируя данные о наличии кросс-пиков в двумерных 1Н-1H TOCSY и 1Н-1H COSY спектрах были отнесены сигналы протонов CH, CH2 и CH3 групп аминокислот исследуемого бета-амилоида и установлено наличие 11 групп сигналов соответствующих различным аминокислотным остаткам (таблица 1).  Полученные данные 1H химических сдвигах исследуемого пептида приведены в таблице 1. В спектрах экспериментов 1Н-1H TOCSY и 1Н-1H COSY было невозможно различить кросс-пики для аминокислотных остатков Phe 19 и Phe 20, поэтому в дальнейшем будем обозначать их Phe(1) (1H ХС амидного протона 8.25 м.д.) и Phe(2) (1H ХС амидного протона 8.16 м.д.).

Таблица 1. Экспериментальные данные ЯМР 1H химических сдвигов бета-амилоида Aβ13-23 в растворе 20 мМ фосфатного буфера (90% H2O + 10% D2O) при pH = 7.3 и T = 293 K.

  NH Ha Hb Hg Прочие
His13   4.67 3.23, 3.11    
His14 8.40 4.60 3.16, 3.06   7.31 (H2), 7.19 (H4)
Gln15   4.32 2.06, 1.99 2.35  
Lys16 8.25 4.58 1.78 1.41 2.99 (e), 1.68 (d)
Leu17 8.33 4.34 1.49 0.83, 0.76 0.92, 0.86
Val18 7.97 4.05 1.92    
Phe (1) 8.25 4.32 3.01, 2.92   6.91(2/6), 7.12 (3/5)
Phe (2) 8.16 4.58 3.11, 2.95   6.90 (2/6), 7.21(3/5)
Ala21 8.27 4.23 1.37    
Glu22 8.48 4.24 2.09, 1.95 2.29  
Asp23 8.34 4.57 2.69    

 

В 1H-13C HSQC спектре ЯМР бета-амилоида Aβ13-23 в растворе 20 мМ фосфатного буфера наблюдались кросс-пики между сигналами ядер 1H и 13C.    Сопоставляя значения ХС ядер 1H полученных из 1H-1H TOCSY и 1H-1H COSY экспериментов (таблица 2) были отнесены соответствующие им сигналы ядер 13C в двумерном 1H-13C HSQC спектре ЯМР.

Таблица 2 - Экспериментальные данные ЯМР 13С химических сдвигов бета-амилоида Aβ13-23 в растворе 20 мМ фосфатного буфера (90% H2O + 10% D2O) при pH = 7.3 и T = 293 K.

 

Прочие

His13

50.15

25.82

   

His14

52.22

26.2

   

Gln15

53.18

26.89

30.79

 

Lys16

 

30.2

 

26.34, 39.04

Leu17

52.18

21.89

24.16

20.71,20.92

Val18

59.15

30.2

17.54,18.37

 

Phe(1)

52.94

     

Phe(2)

 

37.14

   

Ala21

49.46

16.4

   

Glu22

53.67

21.37

   

Asp23

54.46

30.31

   

 

Используемые источники
1. Usachev, K. Klochkov V. Spatial structure of beta-amyloid Aβ1-40 in complex with a biological membrane model
2. Usachev, K. Klochkov V. Solution structures of Alzheimer’s amyloid Aβ13-23 peptide: NMR studies in solution and in SDS
3. Coles, M. Solution Structure of Amyloid β-Peptide (1-40) in a Water-Micelle Enviroment. Is the Membrane-Spanning Domain Where We Think It Is?
4. Selkoe D.J., Presenilins, beta-amyloid precursor protein and the molecular basis of Alzheimer’s disease
6. Nistor, M. Alpha- and beta-secretase activity as a function of age and beta-amyloid in Down syndrome and normal brain
7. Lott, I. Alzheimer disease and Down syndrome: factors in pathogenesis
8. Keeler, J. Understanding NMR Spectroscopy
9. Дероум, Э. Современные методы ЯМР для химических исследований
10. Vivekandan, S. A partially folded structure of amyloid-beta in an aqueous environment.
Information about the project
Surname Name
Abdrakhmanov Rustam
Project title
HETEROCORRELATION TWO-DIMENSIONAL NMR EXPERIMENTS AND ANALYSIS OF RESIDUAL DIPOLE-DIPOLE INTERACTION IN DETERMINING STRUCTURE of BETA-AMYLOID Aß13-23 IN SOLUTION
Summary of the project
In 1991 he proposed the "amyloid hypothesis" according to which the basic cause of the disease are deposits of beta-amyloid (Aß). The gene encoding protein (APP), which formed beta-amyloid, located on chromosome 21. It is established that Alzheimer's disease is proteinopathy is a disease associated with the accumulation in the brain tissue abnormally folded proteins – beta amyloid and Tau protein.
Analyzing the data on the presence of cross-peaks in two-dimensional 1H-1H TOCSY and 1H-1H COSY spectra were assigned to the signals of the protons of CH, CH2 and CH3 groups of amino acids of the studied beta-amyloid and the presence of 11 groups of signals corresponding to different amino acid residues
Keywords
amyloid peptide Aβ13-23, NMR spectroscopy, Alzheimer’s disease