D.Nikolopoulou, Department of Molecular Biology and Genetics, Dimocritus University of Thrace, Alexandroupoli, Greece, May 2019 Biochemistry I project, 2nd Semester

1. Αμυλοειδή
● Τμήμα Μοριακής Βιολογίας και Γενετικής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο
Θράκης, Αλεξανδρούπολη 2019
● Εργασία Βιοχημείας Ι, 2ο εξάμηνο, 1ο έτος
● Δροσούλα Νικολοπούλου

2. Ορισμός:
● Τα αμυλοειδή αποτελούν πρωτεΐνες που έχουν λάβει λανθασμένη
αναδίπλωση (διαφορετική δηλαδή από την αναδίπλωση των πρωτεϊνών
στην ενεργή τους μορφή).
● Αυτές οι πρωτεΐνες (μονομερή των αμυλοειδών) δημιουργούν μακριές,
μη διακλαδιζόμενες ίνες (ομοπολυμερή)
● Ίνες ανθεκτικές σε πρωτεάσες
● Συσσωμάτωση αμυλοειδών ινών στον εξωκυττάριο χώρο.
● Άμεση σχέση με νευροεκφυλιστικές κυρίως νόσους.
● Τα αμυλοειδή έχουν την ικανότητα δέσμευσης συγκεκριμένων
χρωστικών όπως η θειοφλαβίνη και το κόκκινο του Κονγκο οι οποίες και
αποτελούν διαγνωστικό δείκτη.

3. Ιστορική διαδρομή:
● Τα αμυλοειδή εντοπίστηκαν αρχικά περίπου το 1639 ως παθογόνοι
παράγοντες του ήπατος και του σπλήνα.
● Το 1859, ο Rudolf Virchow τους έδωσε τον όρο ‘αμυλοειδή’. Ο όρος είναι
λανθασμένος, καθώς ο ερευνητής, λόγω λανθασμένων μεθόδων μελέτης,
θεώρησε πως τα συσσωματώματα που μελετούσε, συνίστανται από τον
πολυσακχαρίτη άμυλο.
● Το 1864, οι Friedrich και Kekulé κατάφεραν να αποδείξουν πως αυτός ο
παθολογικός παράγοντας, είναι πρωτεϊνικής φύσης.

4. Αδυναμία μελέτης:
Μέχρι και τα τελευταία χρόνια, η μελέτη των αμυλοειδών υπήρξε εξαιρετικά
δύσκολη για διάφορους λόγους όπως:
● τα αμυλοειδή είναι μη υδατοδιαλυτά μόρια
● είναι αρκετά μεγάλα μόρια ώστε είναι αδύνατη η μελέτη τους σε μορφή
διαλύματος με τη μέθοδο NMR
● ήταν αδύνατη η κρυστάλλωσή τους κ.α.

5. Τα τελευταία χρόνια:
● Τα τελευταία χρόνια, αναπτύχθηκαν πιό εξειδικευμένες μέθοδοι -ορισμένες
από τις οποίες θα αναφερθούν και παρακάτω- που έκαναν δυνατή, την
λεπτομερή μελέτη της λειτουργίας και της δομής των αμυλοειδών, ακόμα
και σε μοριακό επίπεδο.
● Τα αμυλοειδή, εμφανίζουν πολύ ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, ενώ τα
τελευταία χρόνια αποδείχθηκε πως δεν είναι απαραίτητα παθογόνα.
● Σε πολλούς οργανισμούς, ορισμένες πρωτεΐνες, αποκτούν την αμυλοείδη
τους μορφή, ώστε να μπορέσει ο οργανισμός αυτός να ανταπεξέλθει σε
συγκεκριμένες συνθήκες.

7. Γιατί η αμυλοειδής μορφή;
➢ Πολλές πρωτεΐνες, δεν έχουν μόνο μία ενεργειακά σταθερή δομή σε
φυσιολογικές συνθήκες
➢ Η αμυλοειδής μορφή, είναι εξαιρετικά σταθερή και μπορεί να
προτιμήσουν ή να καταλήξουν σε αυτή πολλές πρωτεΐνες
➢ Σχεδόν 50 διαφορετικές πρωτεΐνες και πεπτίδια μετατρέπονται σε
αμυλοειδή, για διάφορους λόγους μερικοί από τους οποίους
αναφέρονται και παρακάτω:
● λάθος σε κάποιον ή κάποιους από τους μηχανισμούς μετα-μεταφραστικής
τροποποίησης
● λάθος σε κάποιο από τα επίπεδα αναδίπλωσης

8. Γιατί η αμυλοειδής μορφή;
● αποφωσφορυλίωση
● μη φυσιολογικά αυξημένη συγκέντρωση της πρωτεΐνης στο κύτταρο
(μπορεί να προκύψει από αδυναμία γονιδιακής ρύθμισης, έλλειψης
πρωτεοσωμάτων, αυτοφαγία κυττάρου κ.α.)
● γονιδιακές μεταλλάξεις που οδηγούν σε μεταλλαγμένη πρωτεΐνη
● αυτοκατάλυση (τα ίδια τα ινίδια αμυλοειδών, λειτουργούν ως καταλύτες
για τη δημιουργία νέων ινιδίων)

10. Σχηματισμός και δομή αμυλοειδών:
➢ Μονομερή-πρωτεΐνες με δευτεροταγής δομή β-πτυχωτού φύλλου
➢ Τα μονομερή μπορεί να έχουν φυσιολογικά ως δευτεροταγή δομή το β-
πτυχωτό φύλλο ή μπορεί μη φυσιολογικά να καταλήξουν σε αυτή
➢ Πολλοί τύποι ώριμων αμυλοειδών ινών που οφείλονται: σε διαφορετικές
πρωτοταγείς δομές των μονομερών και στην τεταρτοταγή δομή που θα
δώσουν τα πρωτοϊνίδια σχηματίζοντας τις αμυλοειδείς ίνες.

11. Σχηματισμός αμυλοειδών:
1. Συσσώρευση μονομερών
2. Δημιουργία ολιγομερών (τα ολιγομερή είναι εξαιρετικά ασταθείς μορφές
οπότε πολυμερίζονται πολύ σύντομα)
3. Δημιουργία πρωτοϊνιδίων
4. Τα πρωτοϊνίδια συστρέφονται και συσσωματώνονται (συνήθως 2-6
πρωτοϊνίδια) δημιουργώντας μία ίνα
5. Οι ίνες μπορεί να σπάσουν σε μικρότερα κομμάτια ώστε να αποτελέσουν
αρχή για τον πολυμερισμό νέων ινών αμυλοειδούς. Έτσι η αύξηση των ινών
είναι εκθετική.

12. Ορισμένα δομικά χαρακτηριστικά των ινών αμυλοειδούς:
● κάθε μονομερές τοποθετείται κάθετα στον άξονα του ινιδίου
● η απόσταση μεταξύ κάθε μονομερούς είναι 4.6-4.8 Angstrom.
● τα πρωτοϊνίδια που σχηματίζονται έχουν διάμετρο συνήθως 2-5nm
● οι αμυλοειδείς ίνες τελικά έχουν γραμμική μορφή με πλάτος 7-13nm και
μήκος έως 200nm
● οι αμυλοειδείς ίνες μπορεί να έχουν και μορφή φιόγκου περίπου 2-5nm
λεπτά και με πλάτος μέχρι 30nm

13. Στην επόμενη διαφάνεια φαίνονται ολιγομερή, δύο διαφορετικών τύπων
αμυλοειδών ινών:
1. 2LMP: Structural Model for a 40-residue Beta-Amyloid Fibril with Three-
Fold Symmetry, Positive Stagger on the right
1. 2LMN: Structural Model for a 40-Residue Beta-Amyloid Fibril with Two-
Fold Symmetry, Positive Stagger on the left

15. Εργαλεία και μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη
των αμυλοειδών:
● Atomic Force Microscopy
● solid state NMR spectroscopy
● X-ray Fibre Diffraction
● X-ray crystallography
● Mass Spectroscopy
● Cryo Electron Microscopy
● in vitro παραγωγή αμυλοειδών ινών κ.α.

16. Εικόνα από ηλεκτρονικό
μικροσκόπιο.
Φαίνονται οι ίνες
συνθετικών αμυλοειδών
του τύπου β-πεπτιδίου.
Οι ίνες είναι μακριές,
ευθείες και μη
διακλαδισμένες.

17. Λειτουργικά αμυλοειδή:
➢ Εκτός από τα παθογόνα αμυλοειδή, υπάρχουν και τα λειτουργικά
αμυλοειδή. Ο όρος αυτός δόθηκε στις πρωτεΐνες που η ενεργή τους
μορφή είναι τύπου αμυλοειδούς. Τέτοια παραδείγματα υπάρχουν πολλά,
ωστόσο θα αναφερθούν δύο από αυτά που είναι τα εξής:
1. Το νηματώδες βακτήριο Streptomyces coelicolor παράγει μία αέρια υφή
για να διασπείρει τα σπόριά του. Μέσα στην υφή, εντοπίζεται η πρωτεϊνη
Chaplin η οποία αποτελεί εκκριτική πρωτεΐνη και μπορεί να πάρει
αμυλοειδή μορφή. Ο ρόλος της είναι να μεσολαβήσει στη σωστή
διασπορά και την ανάπτυξη των σπορίων

18. Λειτουργικά αμυλοειδή:
2. Το θαλάσσιο σαλιγκάρι Aplysia californica διαθέτει μια νευρο-ειδική
μορφή κυτταροπλασματικής πρωτεΐνης πολυαδενυλίωσης με δυνατότητα
δέσμευσης στο mRNA (CPEB). Όπως διαπιστώθηκε, όταν η πρωτεΐνη αυτή
λάβει την αμυλοειδή μορφή της είναι πιό αποτελεσματική στις συναπτικές
αλλαγές που σχετίζονται με τη μνήμη.

19. Παθογόνα αμυλοειδή:
● Τεράστιο ενδιαφέρον εμφανίζει το μεγάλο φάσμα των αμυλοειδών που
ευθύνονται για ασθένειες. Νόσοι όπως οι σπογγώδεις εγκεφαλοπάθειες,
το Parkinson και το Alzheimer είναι από τις πιό συχνά εμφανιζόμενες και
επικίνδυνες για την υγεια, έως και θανατηφόρες.
● Οι ασθένεις αυτές μπορεί να είναι κληρονομήσιμες είτε σποραδικές.
● Στα σημεία όπου συσσωματώνονται οι αμυλοειδείς ίνες στους ασθενείς,
εντοπίζεται ο πρωτεϊνικής φύσης πυρήνας(αμυλοειδείς ίνες) και άλλες
σχετικές με την νόσο ομάδες όπως τα μεταλλικά ιόντα, το κολλαγό, η
απολιποπρωτεΐνη Ε κ.α.

20. Παθογόνα αμυλοειδή:
● Διαφορετικές (ως προς το είδος) αμυλοειδής πρωτεΐνες προκαλούν
διαφορετικές συνέπειες στα κύτταρα
● Διαφορετικές μορφές ινών αμυλοειδών -που μπορεί να αποτελούνται
από την ίδια ή διαφορετική πρωτεϊνη- μπορούν να επηρεάσουν
διαφορετικά τα κύτταρα
Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένα πίνακας στον οποίο αναφέρεται ο
τύπος της πρωτεΐνης και η ασθένεια με την οποία συνδέεται:

21. Πρωτεΐνη Ασθένεια
αμυλοειδές β-πεπτίδιο Νόσος του Alzheimer
α-Synuclein Νόσος του Parkinson
prion σπογγώδη εγκεφαλοπάθεια
Huntingtin με polyQ επιμήκυνση Νόσος του Huntington
ABri Οικογενής Βρετανική Άνοια
ανοσοσφαιρίνη ελαφράς αλυσίδας AL αμυλοείδωση
μεταλλάγματα της transthyretin Οικογενής αμυλοειδής
πολυνευροπάθεια
μεταλλάγματα της λυσοζύμης Λυσσοζυμική αμυλοείδωση
αμυλίνη διαβήτης τύπου II

22. Νόσος του Alzheimer:
➢ Η Νόσος του Alzheimer είναι μια νευροεκφυλιστική ασθένεια που
εμφανίζεται -μη φυσιολογικά- με το γήρας του οργανισμού
➢ Κάποια από τα συμπτώματά της είναι: η άνοια και η απώλεια ικανότητας
αναγνώρισης.
➢ Η νόσος, συνδέεται με τη συσσώρευση αμυλοειδών κυρίως σε σημεία
ανάμεσα στους νευρώνες του εγκεφάλου
➢ Ένα από αυτά τα αμυλοειδή, ονομάζεται αμυλοειδές β-πεπτίδιο και
προκύπτει από παρανοηματικές μεταλλάξεις στο γονίδιο μια
διαμεμβρανικής πρωτεΐνης, της APP (Amyloid Precursor Protein).

23. Νόσος του Alzheimer:
➢ Οι περισσότερες από τις μεταλλάξεις επιδρούν στο παράγωγο του
γονιδίου της πρωτεΐνης APP, στα σημεία όπου θα επιδρούσαν οι
πρωτεάσες α,β και γ-secretases
➢ Το αποτέλεσμα είναι μη φυσιολογική επεξεργασία του παραγώγου από τις
πρωτεάσες (στο μετάλλαγμα εμφανίζεται πιό έντονη επίδραση από την β
και την γ-secretase) ώστε αυτό να μετατρέπεται σε αμυλοειδές β-πεπτίδιο
➢ Τα β-πεπτίδια σχηματίζουν συσσωματώματα ολιγομερών που επιδρούν
αρνητικά σε νευρικές συνάψεις με αποτέλεσμα κυρίως την άνοια

24. πηγές:
● Fabrizio Chiti and Christopher M. Dobson, Protein Misfolding, Amyloid Formation, and Human Disease: A
Summary of Progress Over the Last Decade, Review in Advance first posted online on May 12, 2017
● This paper is a summary of a session presented at the tenth annual symposium on Frontiers of Science,
held November 19–21, 1998, at the Arnold and Mabel Beckman Center of the National Academies of
Sciences and Engineering in Irvine, CA.,EDWARD H. KOO*, PETER T. LANSBURY,JR.†, AND
JEFFERY W. KELLY,ωAmyloid diseases: Abnormal protein aggregation in neurodegeneration,Proc. Natl.
Acad. Sci. USA Vol. 96, pp. 9989–9990, August 1999 From the Academ
● Fabrizio Chiti1 and Christopher M. Dobson,Protein Misfolding, Functional Amyloid, and Human Disease,
Annu. Rev. Biochem. 2006. 75:333–66
● Edward H. Koo, Peter T. Lansbury Jr., and Jeffery W. Kelly,Amyloid diseases: Abnormal protein
aggregation in neurodegeneration,PNAS August 31, 1999 96 (18) 9989-9990

25. ● Edward Chuang1,2,§, Acacia M. Hori1,*,‡,§, Christina D. Hesketh1,§ and James Shorter,Amyloid
assembly and disassembl,2018. Published by The Company of Biologists Ltd | Journal of Cell Science
(2018) 131, jcs189928. doi:10.1242/jcs.18992
● Rakez Kayed, Common Structure of Soluble Amyloid Oligomers Implies Common Mechanism of
Pathogenesis, Science300 486 (2003); DOI: 10.1126/science.1079469
● https://www.ebi.ac.uk/s4/summary/molecular/gene?term=app&classification=9606&tid=nameOrgENSMUS
G00000022892
πηγές για εικόνες:
1. https://www.khanacademy.org/science/biology/macromolecules/proteins-and-amino-acids/a/orders-of-
protein-structure
2. https://www.nature.com/articles
3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2634529/
4. https://pdb101.rcsb.org/motm/189