생화학: 펩타이드 '지문'으로 알츠하이머병 조기 진단 가능

생화학: 펩타이드 '지문'으로 알츠하이머병 조기 진단 가능
건조된 펩타이드 용액의 얼룩 패턴을 통해 신경퇴행성 질환의 효과적인 식별 가능 - 신경망을 통한 빠른 분석
날짜:
2022년 7월 20일
원천:
Karlsruher Institut für Technologie(KIT)
요약:
알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환은 단백질이나 펩타이드의 접힘 오류(잘못 접힘), 즉 공간 구조의 변화로 인해 발생합니다. 이것은 생체 분자의 화학 조성에 미세한 편차의 결과입니다. 연구자들은 이제 질병의 초기 단계에서 이러한 접힘 오류를 감지하는 간단하고 효과적인 방법을 개발했습니다. 미스폴딩은 단백질 및 펩타이드 용액에서 건조된 잔류물의 구조에 의해 드러납니다. 이 방법은 신경망으로 현미경 사진을 분석하는 것을 포함하며 99% 이상의 예측 정확도를 가지고 있습니다.

알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환은 단백질이나 펩타이드의 접힘 오류(잘못 접힘), 즉 공간 구조의 변화로 인해 발생합니다. 이것은 생체 분자의 화학 조성에 미세한 편차의 결과입니다. Karlsruhe Institute of Technology(KIT)의 연구원들은 질병의 초기 단계에서 이러한 접힘 오류를 감지하는 간단하고 효과적인 방법을 개발했습니다. 미스폴딩은 단백질 및 펩타이드 용액에서 건조된 잔류물의 구조에 의해 드러납니다. 이 방법은 신경망으로 현미경 사진을 분석하는 것을 포함하며 99% 이상의 예측 정확도를 가지고 있습니다. 결과는 Advanced Materials에 게재되었습니다.

단백질과 펩타이드의 생화학적 구조는 생물학적 기능을 결정합니다. 미세한 구조적 또는 공간적 변화라도 질병의 발병을 촉진할 수 있다는 많은 징후가 있습니다. 많은 신경퇴행성 질환은 이러한 변화로 인한 단백질 및 펩타이드의 잘못된 접힘에 기인합니다. 아밀로이드 베타(Aβ42) 펩타이드는 알츠하이머병에서 중요한 역할을 합니다. 그들은 단일 아미노산 잔기가 다르며 알츠하이머병의 유전적 돌연변이를 나타냅니다.

지금까지 단백질의 돌연변이를 예측하는 간단하고 정확한 방법은 없었다. KIT의 IFG(Institute of Functional Interfaces)에서 Jörg Lahann 교수가 이끄는 연구 그룹은 건조된 단백질 및 펩티드 용액의 구조를 통해 잘못된 접힘을 감지하는 방법을 개발했습니다. 연구의 저자인 Lahann은 결과를 설명하면서 "염색 패턴은 특징적이고 재현 가능했을 뿐만 아니라 99% 이상의 예측 정확도로 8개의 돌연변이를 분류하는 결과를 가져왔습니다."라고 말했습니다. 그 그룹은 펩타이드의 1차 및 2차 구조에 대한 중요한 정보가 고체 표면에 펩타이드 용액의 방울을 건조시킴으로써 남겨진 얼룩으로부터 수집될 수 있음을 보여주었다.

정확한 펩타이드 지문으로 얼룩 패턴

제어되고 재현 가능한 결과를 보장하기 위해 자동화된 피펫팅 시스템에 의해 단백질 및 펩티드 용액이 유리 슬라이드에 정확하게 배치됩니다. 슬라이드의 표면은 소수성 폴리머 코팅으로 미리 준비되었습니다. 건조된 물방울의 복잡한 얼룩 패턴을 분석하기 위해 연구원들은 편광 현미경을 사용하여 이미지를 획득했습니다. 그런 다음 이미지를 딥 러닝 신경망으로 분석했습니다.

Lahann은 결과에 대해 "구조가 매우 유사하고 육안으로 구별하기 어렵기 때문에 신경망이 이렇게 효과적이라는 것은 확실히 놀라운 일입니다."라고 말합니다. "아밀로이드 베타 펩타이드의 얼룩 패턴은 펩타이드의 구조적 및 공간적 동일성을 반영하는 정확한 지문 역할을 합니다." Lahann에 따르면 이 기술을 사용하면 몇 분 안에 최대 분해능으로 알츠하이머 변이체를 식별할 수 있습니다.

간단한 샘플 준비로 빠른 진단 제공

결과는 고체 표면에 펩타이드 용액 한 방울을 건조시키는 것만큼 간단한 방법이 펩타이드의 1차 및 2차 구조의 미세한 차이를 나타내는 지표로 작용할 수 있음을 시사한다. "알츠하이머 병 및 파킨슨 병과 같은 질병의 병리학 적 특징을 해독하기 위해서는 구조 및 구조 단백질 변경의 계층화를 위한 확장 가능하고 정확한 검출 방법이 시급합니다."라고 Lahann은 말합니다. 또한 복잡한 검체 준비가 필요 없는 비교적 간단한 방법으로 간단하고 환자 친화적인 진단이 가능합니다. 또한, 이 방법은 의료 진단 및 질병의 분자 검출에서 다른 응용 프로그램에 대한 큰 잠재력을 가지고 있습니다.