アルファシヌクレインおよびその変異体と、表面曲率が変化する剛直な脂質ベシクル模倣体との相互作用

Interaction of Alpha-Synuclein and its Mutants with Rigid Lipid Vesicle Mimics of Varying Surface Curvature.

• Sophia M McClain
• Adedolapo M Ojoawo
• Wayne Lin
• Chad M Rienstra
• Catherine J Murphy

抄録

本質的に障害された神経細胞タンパク質であるα-シヌクレイン（α-シヌクレイン）の異常な凝集は、パーキンソン病の発症に強く関与していると考えられている。α-synの本来の機能と神経変性における病態解明のための研究の結果、α-synは両親媒性のα-ヘリカル構造を採用することで、アニオン性脂質小胞と相互作用することが明らかになった。本研究では、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)コート金ナノ粒子(AuNP)を合成し、α-synとその変異体2種(A30PとE46K)との結合相互作用を系統的に調べることを目的とした。硬質AuNPコア（～10～100nm）を組み込むことで、α-synが小胞模倣体をリモデリングする能力を除去し、その表面曲率を固定化することができた。プロテオミクス研究は、遊離のα-synがSDS-AuNPsの表面に結合すると、α-synのN末端は溶媒へのアクセスが少なくなり、C末端はよりアクセスしやすくなることを示した。興味深いことに、α-synの非アミロイドβ成分(NAC)領域もまた、溶媒へのアクセス性を増加させたことから、α-synが剛直な小胞状構造に結合していることは、凝集性を高め、それゆえに病原性を有することを示唆している。さらに、A30PとE46Kの両方の変異は、ミミックの表面上で異なる結合モードを採用していることが判明した。これまでの報告とは対照的に、WT、A30P、E46Kのα-synは、あらゆるサイズのSDS-AuNPに対する結合親和性が観察され、α-synの結合挙動を決定する上で、小胞の変形性が重要であることが示唆された。

Abnormal aggregation of alpha-synuclein (α-syn), an intrinsically disordered neuronal protein, is strongly implicated in the development of Parkinson's disease. Efforts to better understand α-syn's native function and its pathogenic role in neurodegeneration have revealed that the protein interacts with anionic lipid vesicles via adoption of an amphipathic alpha-helical structure; however, the ability of α-syn to remodel lipid membranes has made it difficult to decipher the role of vesicle surface curvature in protein binding behavior. In this study, sodium dodecyl sulfate (SDS)-coated gold nanoparticles (AuNPs) which mimic bilayer vesicle architecture were synthesized in order to conduct a systematic investigation into the binding interaction of α-syn and two of its mutants (A30P and E46K) with rigid lipid vesicle mimics of defined surface curvature. By incorporating a rigid AuNP core (~10 - 100 nm), the ability of α-syn to remodel the vesicle mimics was removed and their surface curvature could be fixed. Proteomics studies showed that upon binding of free α-syn to the surface of SDS-AuNPs, the N-terminus of α-syn became less solvent accessible, while its C-terminus became more accessible. Interestingly, α-syn's non-amyloid beta component (NAC) region also exhibited increased solvent accessibility, suggesting that α-syn bound to rigid vesicle-like structures could possess heightened aggregation propensity and therefore pathogenicity. Additionally, both the A30P and E46K mutations were found to adopt distinct binding modes on the mimics' surface. In contrast with previous reports, similar binding affinities were observed for WT, A30P and E46K α-syn toward SDS-AuNPs of all sizes, indicating the potential importance of vesicle deformability in determining α-syn binding behavior.