Tangled tales of proteins: aggregates, antibodies, and artificial silk
Samenklonterende eiwitten in Huntington en spinrag
Eiwitten zijn essentiële bouwstenen van het leven. Ze vervullen talloze functies in onze cellen, van het bieden van structuur tot het mogelijk maken van chemische reacties. Om goed te functioneren moeten eiwitten zich vouwen tot een specifieke vorm. Wanneer dit proces mislukt, kunnen eiwitten samenklonteren tot aggregaten die vaak schadelijk zijn en in verband worden gebracht met neurodegeneratieve ziekten, zoals de ziekte van Huntington. Tegelijkertijd is gecontroleerde zelfassemblage van eiwitten ook verantwoordelijk voor uitzonderlijke natuurlijke materialen, waaronder spinnenzijde.
In haar proefschrift onderzoekt Raffaella Parlato eiwitaggregatie vanuit beide perspectieven: als oorzaak van ziekte en als bron van inspiratie voor geavanceerde materialen. Een belangrijk deel van haar onderzoek richt zich op de ziekte van Huntington, een erfelijke hersenaandoening die wordt veroorzaakt door een abnormale uitbreiding van een herhaalde aminozuursequentie in het huntingtine-eiwit. Deze uitbreiding bevordert verkeerd vouwen en aggregatie van het eiwit.
Met behulp van solid-state nucleaire magnetische resonantie (NMR)-spectroscopie ontrafelt Parlato de moleculaire organisatie van deze eiwitaggregaten. De aggregaten bestaan uit een rigide kern die wordt omgeven door flexibele regio’s, waarbij een specifieke gevouwen structuur, de zogenoemde β-haarspeld, een cruciale rol speelt bij het op gang brengen van het aggregatieproces. Voortbouwend op dit inzicht introduceert Parlato een lichtgevoelige moleculaire schakelaar waarmee eiwitaggregatie met behulp van licht kan worden gecontroleerd. Deze benadering biedt een krachtig experimenteel hulpmiddel om aggregatieprocessen te bestuderen en kan inspiratie bieden voor toekomstige therapeutische strategieën.
Daarnaast onderzoekt Parlato de interactie tussen huntingtine-aggregaten en antilichamen. De resultaten tonen aan dat antilichamen de rigide kern van de aggregaten niet verstoren, maar wel de flexibele buitenregio’s beïnvloeden, wat helpt verklaren hoe zij kunnen bijdragen aan diagnostiek en therapie. Tot slot past Parlato vergelijkbare structurele principes toe bij het ontwerp van door spinnenzijde geïnspireerde materialen en laat het zien hoe eiwitzelfassemblage kan worden benut voor de ontwikkeling van sterke, flexibele en duurzame biomaterialen.
Raffaella Parlato voerde haar onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials.