NGHIÊN cứu cấu TRÚC của AMYLOID BETA 42 và AMYLOID BETA 40 TRONG TRẠNG THÁI cân BẰNG sử DỤNG PHƯƠNG PHÁP mô PHỎNG ĐỘNG lực học PHÂN tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU NANO & MÀNG MỎNG  VŨ THỊ HUYỀN VY SEMINAR TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA AMYLOID BETA 42 VÀ AMYLOID BETA 40 TRONG TRẠNG THÁI CÂN BẰNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ Người hướng dẫn khoa học: Th.S Trần Thị Minh Thư -TP HỒ CHÍ MINH – 2018 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp mốc để đánh dấu kết thúc trình học tập giảng đường đại học bước khởi đầu làm quen với công việc nghiên cứu khoa học Để hồn thành tốt đồ án khơng đòi hỏi nổ lực, cố gắng thân mà cần đến động viên gia đình, bạn bè tận tình giúp đỡ Thầy Cô, giảng viên hướng dẫn Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô khoa Khoa Học Vật Liệu - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh Thầy Cơ người truyền đạt kiến thức quý báu tạo hành trang vững để em bước vào đời Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Th.S Trần Thị Minh Thư Cô giảng viên trực tiếp hướng dẫn, nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ, giải đáp thắc mắc truyền đạt lại kiến thức chuyên môn sâu rộng cho em Cô đưa lời nhận xét ý kiến bổ ích, ln theo sát tiến độ thực đề tài nghiên cứu đạt kết tốt Cuối em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè người thân ln động viên, khích lệ chỗ dựa tinh thần vững cho em trình học tập nghiên cứu Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp, em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích cho thân Tuy nhiên, khả sở máy móc cịn hạn chế nên em cịn mắc nhiều thiếu sót khuyết điểm Em kính mong nhận góp ý Q Thầy Cơ bạn để hồn chỉnh đồ án Em xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày 28, tháng 6, năm 2017 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH SÁCH HÌNH VẼ vi DANH SÁCH BẢNG vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Bệnh Alzheimer 1.2 Amyloid beta (Aβ) 1.3 Amyloid beta bệnh Alzheimer Chương 2: CẤU TRÚC CỦA PROTEIN 10 2.1 Protein thể 10 2.2 Cấu trúc bậc protein 10 2.3 Cấu trúc bậc hai protein 11 2.3.1 Xoắn α helix .11 2.3.2 Phiến β 12 2.3.3 Turn 12 2.4 Cấu trúc bậc ba bậc bốn protein .13 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ 14 3.1 trường lực cổ điển mô sinh học 14 3.2 Tích phân phương trình chuyển động .15 3.3 Điều kiện ban đầu 16 3.4 Cân nhiệt độ, áp suất 16 3.5 Các ràng buộc holonomic 17 3.6 Các mơ hình nước mơ sinh học 18 3.7 Phương pháp replica exchange 18 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy iii Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử Chương 4: BÀI TOÁN MƠ PHỎNG VÀ CƠNG CỤ PHÂN TÍCH 20 4.1 Cấu trúc ban đầu 20 4.2 Phương pháp mơ tốn .20 4.3 Các cơng cụ phân tích liệu 21 Chương 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 23 5.1 Tính ổn định hệ mô 23 5.2 Cấu trúc bậc Aβ1-40 Aβ1-42 25 5.3 Phân bố cầu muối Aβ1-40 Aβ1-42 27 5.4 Bề mặt lượng tự Aβ1-40 Aβ1-42 .29 KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy iv Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Aβ Amyloid Beta AD Alzheimer’s Disease AICD APP Intracellular Domain APP Amyloid Precursor Protein BACE1 β-site APP cleaving enzyme dPCA Dihedral Principal Component Analysis GB Generalized Born MD Molecular Dynamics NFT Neurofibrillary Tangles PDB Protein Data Bank REMD Replica Exchange Molecular Dynamics RMSD Root Mean Square Deviation sAPPβ Secreted Amyloid Precursor Protein-β SB Salt Bridge Th-T Thioflavin-T GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy v Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Dấu hiệu bệnh lí Alzheimer Hình 1.2: Quá trình cắt APP Hình 3.1: Cấu trúc α helix, 11 Hình 3.2: Minh họa β turn 15 Hình 4.1: Cấu trúc Aβ1-42 ban đầu 20 Hình 5.1: (Phần trên) Thay đổi theo thời gian Cα-RMSD 300K (Phần dưới) Lượng β, α, turn coil khoảng thời gian [210-700] [210-1000] ns 300K Aβ1-42 24 Hình 5.2: Phân bố cấu trúc bậc Aβ1-40 Aβ1-42 300k 25 Hình 5.3: Phân bố khoảng cách cầu muối Asp23-Lys28 Aβ40 Aβ42 .27 Hình 5.4: Phân bố khoảng cách d-alpha 23-28 Aβ1-40 Aβ1-42 300k 28 Hình 5.5: Bề mặt lượng tự Aβ1-40 Aβ1-42 .29 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy vi Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1 Góc nhị diện, độ dài residue số cấu trúc bậc hai .12 Bảng 5.1 Thành phần phẩn trăm cấu trúc Aβ1-42 Aβ1-40 26 Bảng 5.2 Các cấu trúc đặc trưng (S) biểu diễn vùng lớn bề mặt lượng tự Aβ1-40 Aβ1-42 30 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy vii Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử MỞ ĐẦU Bệnh Alzheimer’s (AD) bệnh lý não tác động đến trí nhớ, suy nghĩ hành vi Đây bệnh thối hóa thần kinh mãn tính thường bắt đầu chậm xấu theo thời gian Hội chứng suy giảm trí nhớ thuật ngữ tổng quát việc trí nhớ khả tư nghiêm trọng gây trở ngại cho sống thường ngày Bệnh Alzheimer chiếm khoảng từ 60% đến 80% bệnh làm suy giảm trí nhớ Dấu hiệu bệnh lý thần kinh vi mô AD bao gồm suy giảm số lượng synapse neuron, khớp nối thần kinh bị phá hủy, đám rối sợi thần kinh gồm protein tau bị siêu phosphoryl hóa mảng Amyloid beta (Aβ) tạo sợi Aβ Tuy nhiên, nghiên cứu thực nghiệm cho thấy dạng tích tụ Aβ chưa hình thành mảng bám Aβ ngoại bào khởi phát bệnh Alzheimer trước dấu hiệu lâm sàng AD [1] Ngoài ra, người ta chứng minh ngăn chặn q trình tích tụ Aβ142 làm chậm phá hủy vi ống tế bào gây protein tau bị siêu phosphoryl hóa [2] Các kết cho thấy peptide Aβ đóng vai trò quan trọng chế gây bệnh Alzheimer Giả thuyết amyloid cho việc tích tụ amyloid nguyên nhân gây bệnh Alzheimer, dạng tích tụ khơng dạng sợi Aβ mà cịn dạng polymer khơng có cấu trúc xác định tiền sợi (protofibril) đặc biệt oligomer [3] Các multimer phá hủy kênh ion tế bào, dẫn tới kích hoạt q trình tiêu diệt tế bào thần kinh [4] Vì vậy, chế đặc điểm q trình tích tụ Aβ từ dạng peptide thành cấu trúc phức tạp oligomer đóng vai trị quan trọng nhằm ngăn chặn trình tiến triển AD Aβ sản phẩm trình phân rã protein APP enzyme β γ tạo thành peptide Aβ với độ dài khác Trong số dạng biến thể Aβ, Aβ140 Aβ1-42 chiếm số lượng nhiều não Với hai amino acid nhiều đuôi C, Aβ1-42 chứng minh thành phần gây độc chủ yếu lên tế bào thần kinh GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử khả tích tụ nhanh nhiều Aβ1-40 Aβ1-42 có khả kết tụ với tốc độ nhanh khoảng 1000 lần độc tính lớn nhiều so với Aβ1-40 [5], oligomerAβ42 có kích thước lớn Aβ40 Aβ1-40 Aβ1-42 oligomer hóa theo hai đường khác nhau: Aβ40 tích tụ dạng dimer, trimer tetramer, Aβ42 có xu hướng hình thành đơn vị pentamer/hexamer phát triển lên thành oligomer lớn dodecamer octadecamer [9] Bằng nghiên cứu đuôi C với độ dài khác nhau, người ta xác định Ile41 Ala42 làm tăng đáng kể tỉ lệ kết tụ Aβ1-42 [10] Chúng tơi tiến hành thí nghiệm mơ để so sánh cấu trúc khả tích tụ Aβ1-40 Aβ1-42 Bằng mô replica exchange (REMD) trường lực OPLS-AA/L với mơ hình nước khơng tường minh theo mơ hình Born tổng qt (GB) Các kết hai residue Ile41, Ala42 Aβ42 cung cấp nhìn rõ chế khác biệt hai dạng Aβ40 Aβ42 Vì hai dạng có vai trị khác chế gây bệnh Alzheimer Aβ, kết nghiên cứu cho ta hiểu rõ chất, chế gây bệnh từ đưa cách tiếp cận điều trị hiệu bệnh Alzheimer GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử Chương TỔNG QUAN 1.1 Bệnh Alzheimer Alzheimer disease (AD) chứng trí phổ biến nhất, phát lần năm 1906 Alois Alzheimer (bác sĩ người Đức) Hiện giới, Alzheimer ảnh hưởng đến khoảng 10% người từ 65 tuổi, với tỷ lệ tăng gấp đôi năm năm lên đến 80 tuổi Năm 2010 có khoảng 35.6 triệu người tồn giới Dự tính 20 năm sau (2030 65.7 triệu người) Riêng Mỹ 2012 có 5.4 triệu người nguyên nhân thứ sáu gây tử vong Việt Nam bênh Alzheimer chiếm khoảng 5% dân số 60 tuổi, tỷ lệ tăng dần theo độ tuổi Các phương pháp điều trị giúp giảm phần nhỏ triệu chứng bệnh, bệnh chữa khỏi trở thành áp lực lớn mặt xã hội, tâm lý, sức khỏe, kinh tế sống người chăm sóc Ở nước phát triển, Alzheimer bệnh tốn cho xã hội Các nghiên cứu người bình thường từ giai đoạn trước Alzheimer cho thấy có chuyển đổi đột ngột suy giảm triệu chứng nhận thức giai đoạn tiền lâm sàng giai đoạn sớm Alzheimer Sự suy giảm mặt nhận thức giai đoạn tiền lâm sàng đạt đến điểm uốn, dẫn tới dần khả nhận thức, dấu hiệu Alzheimer lâm sàng Thơng thường, người bệnh khả nhận thức cách nhanh chóng đưa tới sở y tế Vì thời gian bệnh nhân đến để chẩn đốn não thường bị nhiều tổn thương nên khơng thể phục hồi phương pháp điều trị Bệnh biểu xuất mảng bám amyloid beta ngoại bào đám rối tơ thần kinh (NFTs) nội bào, làm suy giảm chức tế bào thần kinh gây chết tế bào Sự thoái hoá thần kinh ước tính 20-30 năm trước biểu lâm sàng bệnh trở nên rõ ràng Các mảng bám đám rối tơ thần kinh nội bào coi biểu sớm Alzheimer, dẫn đến thối hóa thần kinh sau apoptosis nơ-ron.Tuy GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử Hình 5.1: (Phần trên) Thay đổi theo thời gian Cα-RMSD 300K Mũi thời điểm cân teq ≈ 210 ns RMSD bão hòa (Phần dưới) Lượng β, 𝛼, turn coil khoảng thời gian [210-700] [210-1000] ns 300K Aβ1-42 Màu đen đỏ tương ứng khoảng thời gian [210-1000] [210-700] Sai số thu từ cấu hình hệ cân GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 24 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử Ta thấy tỉ lệ hai khoảng thời gian gần nhau, hệ xem cân Sai số thu khoảng thời gian dài nhỏ thời gian ngắn Ở trạng thái cân chúng dao động quanh giá trị trung bình lúc cấu trúc protein thay đổi trạng thái bền có xác suất tồn khác Các đại lượng thu từ giá trị trung bình trạng thái Trong hình 5.2 thành phần cấu trúc β, 𝛼, turn coil thu giống 5.2 Cấu trúc bậc Aβ1-40 Aβ1-42 Hình 5.2: Phân bố cấu trúc bậc Aβ1-40 Aβ1-42 300k (kết thu hệ cân bằng) Hình 5.2 thể phân bố cấu trúc bậc residue Aβ1-42 hệ cân 300k Tỉ lệ phần trăm β (20.94%), helix (0.07%), turn (61.17%) GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 25 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử coil (15.96%) (bảng 5.1), kết phù hợp với báo cáo thực nghiệm nghiên cứu lý thuyết Thành phần β tập trung 18-21 phù hợp với công bố Rosenman đồng họ sử dụng trường lực OPLS-AA/L mô hình nước tường minh TIP3P [40] Cũng từ hình 5.2 cấu trúc thu Aβ1-40 hệ cân 300k chúng tơi thu giá trị trung bình β, helix, turn coil 8.99, 3.37, 68.60, 17.14 ( bảng 5.1), lượng β (8.99%) helix (3.37%) có giá trị phù hợp với giá trị kết thực nghiệm trình bày báo cáo Zhang Danielsson.[39] Trong số nghiên cứu khác: Mô replica exchange dùng trường lực OPLS-AA/L mơ hình nước TIP3P [208] thu β ≈ 25% Mô động lực học phân tử rời rạc (discrete MD) sử dụng mơ hình đơn giản hóa protein bốn hạt tính β ± 19% cho Aβ1-40 15% cho đoạn Aβ3-40 [41] Các kết cao so với Bảng 5.1 Thành phần phẩn trăm cấu trúc Aβ1-42 Aβ1-40 Cấu trúc (%) Aβ1-42 Aβ1-40 β 20.94 ± 2.88 8.99 ± 1.36 α 0.07 ± 0.01 3.37 ± 0.98 Turn 61.17 ± 4.13 68.60 ± 3.47 Coil 15.96 ± 3.27 17.14 ± 3.47 Khi hệ cân bằng, cấu trúc ngẫu nhiên (coil + turn) Aβ1-42 77.13% thành phần Aβ1-40 85.74% (Bảng 5.1), điều cho thấy tính tốn chúng tơi phù hợp với kết nghiên cứu trước thực nghiệm mô [7,8] So sánh kết thu với nghiên cứu trước Giá trị cấu trúc beta Aβ-42 (21%) cao Aβ1-40 (9%) Kết phù hợp với nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Aβ1-42 tự kết tụ nhanh hợn nhiều Aβ1-40 trạng thái dễ kết tụ N* Aβ1-42 có tỉ lệ cao Lượng β cao vùng 18-21 phù hợp với phát Romseman Đuôi C Aβ1-42 có nhiều β residue 31-35 39-41 Đuôi GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 26 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử C Aβ1-42 có trật tự đầu N, phù hợp với kết luận từ thực nghiệm C có xu hướng tạo sợi 5.3 Phân bố cầu muối Aβ1-40 Aβ1-42 𝜁 𝛾 R(𝐶23 − 𝑁28 ) (𝐴°) Hình 5.3: Phân bố khoảng cách cầu muối Asp23-Lys28 Aβ40 Aβ42 300 K Vì cầu muối Asp23-Lys28 đóng vai trị quan trọng việc hình thành cấu trúc β, chúng tơi khảo sát cầu muối Asp23-Lys28 hai biến thể Aβ1-40, Aβ1-42 Phân bố khoảng cách hai nguyên tử Cγ 23 Nζ 28 Aβ1-40 có ba đỉnh (Hình 4.4).Trong trường hợp,Aβ1-42 có đỉnh cao khoảng cách tương đối ngắn, điều cho thấy cầu muối Asp23-Lys28 peptide linh hoạt biến thể Aβ1-40 Hơn khoảng cách cầu muối trung bình Aβ1-42 (7.97 A˚) ngắn so với Aβ1-40 (8.59 A˚) Tính linh hoạt cầu muối Asp23-Lys28 phù hợp với kết thực nghiệm Aβ1-42 kết tụ nhanh Aβ1-40 Kết thí nghiệm Th-T fluorescence xác nhận kết luận với trường hợp Aβ1-40 Aβ1-42 so sánh động học tích tụ chúng [42] GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 27 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử 𝛼 𝛼 d(𝐶23 − 𝑁28 ) (𝐴°) Hình 5.4: Phân bố khoảng cách d-alpha 23-28 Aβ1-40 Aβ1-42 300k Khoảng cách d-alpha 23-28 chịu ảnh hưởng liên kết cầu muối Asp23Lys28 Qua khảo sát nhận thấy đỉnh d-alpha 23-28 Aβ1-42 cao khoảng cách ngắn d-alpha 23-28 Aβ1-40, nên d-alpha 23-28 Aβ1-42 linh hoạt hơn, khả tích tụ cao Do ảnh hưởng hai residue cuối Ile41 Ala42 khơng tăng cường tính bền vững cầu muối mà cịn tác động lên tồn hệ, điều làm cho khả tích tụ Aβ1-42 nhanh đáng kể so với Aβ1-40 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 28 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử 5.4 Bề mặt lượng tự Aβ1-40 Aβ1-42 Hình 5.5: Bề mặt lượng tự Aβ1-40 Aβ1-42 hàm hai thành phần quan trọng nhất, V1 V2 Các kết thu hệ cân T = 300 K Các cấu hình biểu diễn có phương pháp clustering Sử dụng thành phần V1 V2 từ phân tích dPCA tọa độ phản ứng, bề mặt lượng tự xây dựng cho hai chuỗi peptide T = 300K (Hình 5.5) Với Aβ1-40 có cấu hình với cấu trúc 𝛼, β, turn coil có cấu trúc 0, 10.0, 62.5, 27.5 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 29 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử Trong trúc Aβ1-42 có cấu hình, cấu hình phổ biến hầu hết cấu hình hình thành dải β Kết xác nhận việc thêm hai residue Ile41 Ala42 làm cấu trúc monomer trật tự Vì monomer có vai trị tiền thân hình thành sợi với cấu trúc β, tăng tỉ lệ dải β tạo điều kiện cho trình tự kết hợp amyloid beta [18] Cấu hình chiếm 26.7% cấu trúc trúc 𝛼, β, turn coil 0, 26.19, 47.62, 26.19 Cấu hình chiếm 21.1% cấu trúc trúc 𝛼, β, turn coil 0, 9.52, 64.29, 26.19 Cấu hình chiếm 19% với cấu trúc trúc 𝛼, β, turn coil 0, 23.81, 69.05, 7.14 Cấu hình chiếm 12% cấu trúc trúc 𝛼, β, turn coil 0, 4.76, 64.29, 23.81 Và Cấu hình chiếm 16.3% cấu trúc trúc 𝛼, β, turn coil 0, 11.9, 64.29, 23.81 (bảng 5.2) Kết phù hợp với thực tế Aβ1-42 dễ tạo sơi Aβ1-40 Bảng 5.2 Các cấu trúc đặc trưng (S) biểu diễn vùng lớn bề mặt lượng tự Aβ1-40 Aβ1-42 hình 5.5 β α Hệ S P (%) Aβ42-WT 26.7 26.19 ± 6.87 47.62 ± 7.80 26.19 ± 6.87 21.1 64.29 ± 7.48 26.19 ± 6.87 19.0 23.81 ± 6.65 69.05 ± 7.22 7.14 ± 4.02 12.0 64.29 ± 7.48 23.81 ± 6.65 16.3 11.90 ± 5.06 64.29 ± 7.48 23.81 ± 6.65 100% 10.00 ± 4.80 62.50 ± 7.75 27.50 ± 7.15 Aβ40-WT GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 9.52 ± 4.58 4.76 ± 3.33 30 Turn Coil Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử KẾT LUẬN Bằng mô REMD với nguyên tử môi trường nước không tường minh GB, chứng minh cấu trúc bậc hai Aβ1-40 phân bố residue khác so với Aβ1-42 Do đó, việc thêm hai residue kị nước Ile41 Ala42 thay đổi cấu trúc đặc tính động lực học monomer, tăng lượng β độ vững cầu muối Asp23-Lys28 Lượng cấu trúc β tăng vùng dễ tạo sợi monomer kì vọng tăng tốc tích tụ Aβ1-42 nhanh nhiều so với Aβ1-40 Điều hoàn toàn trùng khớp với kết thực nghiệm trước Các kết từ thí nghiệm mơ khẳng định vai trò quan trọng Ile41 Ala42 cấu trúc động lực học tích tụ Aβ Dựa kết này, đề xuất nghiên cứu thay đổi tính chất tích tụ loại bỏ Ile41 Ala42 Aβ1-42 đột biến nhằm mục đích kéo dài q trình tích tụ khởi phát bệnh Alzheimer GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 31 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Knobloch, U Konietzko, D C Krebs, and R M Nitsch, “Intracellular aβ and cognitive deficits precede β-amyloid deposition in transgenic arcaβ mice,” Neurobiology of aging, vol 28, no 9, pp 1297–1306, 2007 [2] S Oddo, A Caccamo, B Tseng, D Cheng, V Vasilevko, D H Cribbs, and F M LaFerla, “Blocking aβ42 accumulation delays the onset and progression of tau pathology via the c terminus of heat shock protein70-interacting protein: a mechanistic link between aβ and tau pathology,” The Journal of Neuroscience, vol 28, no 47, pp 12163–12175, 2008 [3] J P Cleary, D M Walsh, J J Hofmeister, G M Shankar, M A Kuskowski, D J Selkoe, and K H Ashe, “Natural oligomers of the amyloid-β protein specifically disrupt cognitive function,” Nature neuroscience, vol 8, no 1, pp 79– 84, 2005 [4] B J Blanchard, A E Hiniker, C C Lu, Y Margolin, A S Yu, and V M Ingram, “Elimination of amyloid â neurotoxicity,” Journal of Alzheimer’s Disease, vol 2, no 2, pp 137–149, 2000 [5] J W Um, A C Kaufman, M Kostylev, J K Heiss, M Stagi, H Takahashi, M E Kerrisk, A Vortmeyer, T Wisniewski, A J Koleske, et al., “Metabotropic glutamate receptor is a coreceptor for alzheimer aβ oligomer bound to cellular prion protein,” Neuron, vol 79, no 5, pp 887–902, 2013 [6] L.-F Lue, S Yan, D Stern, and D Walker, “Preventing activation of receptor for advanced glycation endproducts in alzheimer’s disease,” Current Drug TargetsCNS & Neurological Disorders, vol 4, no 3, pp 249–266, 2005 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 32 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử [7] N G Sgourakis, Y Yan, S A McCallum, C Wang, and A E Garcia, “The alzheimer’s peptides aβ40 and 42 adopt distinct conformations in water: a combined md/nmr study,” Journal of molecular biology, vol 368, no 5, pp 1448– 1457, 2007 [8] M Yang and D B Teplow, “Amyloid β-protein monomer folding: free-energy surfaces reveal alloform-specific differences,” Journal of molecular biology, vol 384, no 2, pp 450–464, 2008 [9] G Bitan, M D Kirkitadze, A Lomakin, S S Vollers, G B Benedek, and D B Teplow, “Amyloid β-protein (aβ) assembly: Aβ40 and aβ42 oligomerize through distinct pathways,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol 100, no 1, pp 330–335, 2003 [10] H Li, B H Monien, E A Fradinger, B Urbanc, and G Bitan, “Biophysical characterization of aβ42 c-terminal fragments: inhibitors of aβ42 neurotoxicity,” Biochemistry, vol 49, no 6, pp 1259–1267, 2010 [11] R J O’Brien and P C Wong, “Amyloid precursor protein processing and alzheimer’s disease,” Annual review of neuroscience, vol 34, p 185, 2011 [12] G P Morris, I A Clark, and B Vissel, “Inconsistencies and controversies surrounding the amyloid hypothesis of alzheimer’s disease,” Acta neuropathologica communications, vol 2, no 1, p 1, 2014.V [13] E Kojro and F Fahrenholz, “The non-amyloidogenic pathway: structure and function of α-secretases,” in Alzheimer’s Disease, pp 105–127, Springer, 2005 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 33 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử [14] W M Tay, D Huang, T L Rosenberry, and A K Paravastu, “The alzheimer’s amyloid-β (1–42) peptide forms off-pathway oligomers and fibrils that are distinguished structurally by intermolecular organization,” Journal of molecular biology, vol 425, no 14, pp 2494–2508, 2013 [15] C A Ross and M A Poirier, “Protein aggregation and neurodegenerative disease,” Nature Medicine, vol 10, pp S10–S17, 2004 [16] L Hou, H Shao, Y Zhang, H Li, N K Menon, E B Neuhaus, J M Brewer, I.-J L Byeon, D G Ray, M P Vitek, et al., “Solution nmr studies of the aβ (1-40) and aβ (1-42) peptides establish that the met35 oxidation state affects the mechanism of amyloid formation,” Journal of the American Chemical Society, vol 126, no 7, pp 1992–2005, 2004 [17] K Ono, M M Condron, and D B Teplow, “Effects of the english (h6r) and tottori (d7n) familial alzheimer disease mutations on amyloid β-protein assembly and toxicity,” Journal of Biological Chemistry, vol 285, no 30, pp 23186–23197, 2010 [18] M R Nichols, M A Moss, D K Reed, W.-L Lin, R Mukhopadhyay, J H Hoh, and T L Rosenberry, “Growth of β-amyloid (1-40) protofibrils by monomer elongation and lateral association characterization of distinct products by light scattering and atomic force microscopy,” Biochemistry, vol 41, no 19, pp 6115– 6127, 2002 [19] M Sunde, L C Serpell, M Bartlam, P E Fraser, M B Pepys, and C C Blake, “Common core structure of amyloid fibrils by synchrotron x-ray diffraction,” Journal of molecular biology, vol 273, no 3, pp 729–739, 1997 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 34 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử [20] J Hardy and D Allsop, “Amyloid deposition as the central event in the aetiology of alzheimer’s disease,” Trends in pharmacological sciences, vol 12, pp 383–388, 1991 [21] A M Pooler, M Polydoro, E A Maury, S B Nicholls, S M Reddy, S Wegmann, C William, L Saqran, O Cagsal-Getkin, R Pitstick, et al., “Amyloid accelerates tau propagation and toxicity in a model of early alzheimer’s disease,” Acta neuropathologica communications, vol 3, no 1, p 1, 2015 [22] J Găotz, F Chen, J Van Dorpe, and R Nitsch, “Formation of neurofibrillary tangles in p301l tau transgenic mice induced by aβ42 fibrils,” Science, vol 293, no 5534, pp 1491–1495, 2001 [23] Y Yan and C Wang, “Aβ40 protects non-toxic aβ42 monomer from aggregation,” Journal of molecular biology, vol 369, no 4, pp 909–916, 2007 [24] P M Truong, M H Viet, P H Nguyen, C.-K Hu, and M S Li, “Effect of taiwan mutation (d7h) on structures of amyloid-β peptides: Replica exchange molecular dynamics study,” The Journal of Physical Chemistry B, vol 118, no 30, pp 8972– 8981, 2014 [25] H.-D Jakubke and N Sewald, Peptides from A to Z: a concise encyclopedia John Wiley & Sons, 2008 [26] J R Warner, P M Knopf, and A Rich, “A multiple ribosomal structure in protein synthesis,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol 49, no 1, pp 122–129, 1963 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 35 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử [27] L Pauling and R B Corey, “A proposed structure for the nucleic acids,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol 39, no 2, pp 84–97, 1953 [28] O Hoffmann Ostenhof, W E Cohn, A E Braunstein, B L Horecker, W B Jakoby, P Karlson, B Keil, W Klyne, C Liébecq, and E C Webb, “Abbreviations and symbols for description of conformation of polypeptide chains (rules approved 1974),” Pure and Applied Chemistry, vol 40, pp 291–308, 1974 [29] W Kabsch and C Sander, “Dictionary of protein secondary structure: pattern recognition of hydrogen-bonded and geometrical features,” Biopolymers, vol 22, no 12, pp 2577–2637, 1983 [30] D Frishman and P Argos, “Knowledge-based protein secondary structure assignment,” Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, vol 23, no 4, pp 566– 579, 1995 [31] D Whitford, Proteins: structure and function John Wiley & Sons, 2013 [32] E G Hutchinson and J M Thornton, “A revised set of potentials for β-turn formation in proteins,” Protein Science, vol 3, no 12, pp 2207–2216, 1994 [33] T L Spires-Jones and B T Hyman, “The intersection of amyloid beta and tau at synapses in alzheimer’s disease,” Neuron, vol 82, no 4, pp 756–771, 2014 [34] J A Hardy and G A Higgins, “Alzheimer’s disease: the amyloid cascade hypothesis,” Science, vol 256, no 5054, p 184, 1992 [35] C Ballatore, V M.-Y Lee, and J Q Trojanowski, “Tau-mediated neurodegeneration in alzheimer’s disease and related disorders,” Nature Reviews Neuroscience, vol 8, no 9, pp 663–672, 2007 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 36 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử [36] S A Small and K Duff, “Linking aβ and tau in late-onset alzheimer’s disease: a dual pathway hypothesis,” Neuron, vol 60, no 4, pp 534–542, 2008 [37] C A McLean, R A Cherny, F W Fraser, S J Fuller, M J Smith, K Vbeyreuther, A I Bush, and C L Masters, “Soluble pool of aβ amyloid as a determinant of severity of neurodegeneration in alzheimer’s disease,” Annals of neurology, vol 46, no 6, pp 860–866, 1999 [38] F G De Felice, D Wu, M P Lambert, S J Fernandez, P T Velasco, P N Lacor, E H Bigio, J Jerecic, P J Acton, P J Shughrue, et al., “Alzheimer’s disease-type neuronal tau hyperphosphorylation induced by aβ oligomers,” Neurobiology of aging, vol 29, no 9, pp 1334–1347, 2008 [39] Y Mu, P H Nguyen, and G Stock, “Energy landscape of a small peptide revealed by dihedral angle principal component analysis,” Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, vol 58, no 1, pp 45–52, 2005 [40] S Zhang, K Iwata, M Lachenmann, J Peng, S Li, E Stimson, Y.-A Lu, A Felix, J Maggio, and J Lee, “The alzheimer’s peptide aβ adopts a collapsed coil structure in water,” Journal of structural biology, vol 130, no 2, pp 130–141, 2000 [41] D J Rosenman, C R Connors, W Chen, C Wang, and A E García, “Aβ monomers transiently sample oligomer and fibril-like configurations: ensemble characterization using a combined md/nmr approach,” Journal of molecular biology, vol 425, no 18, pp 3338–3359, 2013 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 37 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1-40 Aβ1-42 phương pháp mô động lực học phân tử [42] D Meral and B Urbanc, “Discrete molecular dynamics study of oligomer formation by n-terminally truncated amyloid β-protein,” Journal of molecular biology, vol 425, no 12, pp 2260–2275, 2013 [43] The thioflavin T fluorescence assay for amyloid fibril detection can be biased by the presence of exogenous compounds Sean A Hudson, Heath Ecroyd, Tak W Kee1 and John A Carve, 13 August 2009 GVHD: Th.S Trần Thị Minh Thư SVTH : Vũ Thị Huyền Vy 38 ... Vy 13 Seminar tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1 -40 Aβ1 -42 phương pháp mô động lực học phân tử Chương 3: PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ Mơ động lực học phân tử (MD) trình tìm mơ hình... nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1 -40 Aβ1 -42 phương pháp mô động lực học phân tử Chương 4: BÀI TỐN MƠ PHỎNG VÀ CƠNG CỤ PHÂN TÍCH 4.1 Cấu trúc ban đầu Cấu trúc ban đầu Aβ1 -40 Aβ1 -42 lấy từ ngân hàng phân. .. tốt nghiệp Nghiên cứu cấu trúc Aβ1 -40 Aβ1 -42 phương pháp mô động lực học phân tử Chương 4: BÀI TỐN MƠ PHỎNG VÀ CƠNG CỤ PHÂN TÍCH 20 4.1 Cấu trúc ban đầu 20 4.2 Phương pháp mô toán