Details

Агрегаты альфа-синуклеина — главный патологический маркер болезни Паркинсона и деменции с тельцами Леви. Способность промежуточных продуктов агрегации этого белка разрушать фосфолипидные мембраны считается критическим этапом нейродегенерации, однако точные биофизические триггеры этого процесса оставались неясными. Целью данной работы являлось выявление ключевых характеристик липидных мембран, необходимых для порообразования α-синуклеином. С помощью электрофизиологического метода Монтала-Мюллера на плоских мембранах исследована активность белка в присутствии различных липидов (ФХ, ТОКЛ, ТМоКЛ, ФС). Порообразующая способность количественно оценивалась через пороговую концентрацию (Cп/о) и средненормированный ток (Isc). Установлено, что альфа-синуклеин проявляет активность уже при минимальной концентрации (0.2 мкМ) исключительно в мембранах из ФС и ТОКЛ, тогда как в нейтральном ФХ поражение мембран полностью отсутствует. Проводимость пор в кардиолипиновых мембранах (ТОКЛ) существенно выше, чем в мембранах из ФС при аналогичной доле анионного липида. Увеличение содержания ТОКЛ с 20 до 50 мол. % резко снижает порог активации и увеличивает средненормированный ток. Рост доли ДОФС выше 50 мол. % не усиливает проводимость, что указывает на достижение предела насыщения мембраны зарядом. При этом уменьшение длины ацильных цепей кардиолипина (ТМоКЛ) не влияет на активность белка. Полученные данные указывают на то, что мембранная активность альфа-синуклеина критически зависит от присутствия анионных липидов и компонентов, склонных к формированию неламеллярных фаз. Процесс порообразования определяется видом липида и поверхностной плотностью заряда мембраны, но инвариантен к длине углеводородных цепей. Для написания литературного обзора использовались базы данных: PubMed, Scopus, Web of Science, BioRxiv. Статистическая обработка и визуализация полученных данных была проведена с использованием следующего программного обеспечения: Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint, OriginLab, Clampfit.

Alpha-synuclein aggregates are the main pathological marker of Parkinsons disease and dementia with Lewy bodies. The ability of intermediates of aggregation of this protein to destroy phospholipid membranes is considered a critical step in neurodegeneration, but the exact biophysical triggers of this process remained unclear. The aim of this work was to identify the key characteristics of lipid membranes required for pore formation by α-synuclein. Protein activity in the presence of various lipids (PC, TOCL, TMoCL, PS) was studied using the Montal - Muller electrophysiological method on flat membranes. The pore-forming ability was quantified through the threshold concentration (Cp/f) and the normalized average current (Isc). Alpha-synuclein has been found to be active already at a minimum concentration (0.2 mM) exclusively in PS and TOCL membranes, whereas in neutral PC, membrane damage is completely absent. The pore conductivity in cardiolipin membranes (TOCL) is significantly higher than in PS membranes with a similar proportion of anionic lipid. An increase in the content of TOCL from 20 to 50 mol. % dramatically lowers the activation threshold and increases the normalized average current. The growth of the share of PS is above 50 mol. % does not enhance conductivity, which indicates that the membrane saturation limit has been reached. At the same time, a decrease in the length of acyl chains of cardiolipin (TMoCL) does not affect the activity of the protein. The data obtained indicate the key role of anionic lipids, as well as lipids prone to the formation of non-lamellar phases, in the pore-forming ability of α-synuclein. In addition, its membrane activity depends on the type of anionic lipid and is determined by the surface charge density, but does not depend on the length of the acyl chains.  When writing the literature review, the following databases were used: PubMed, Scopus, Web of Science, BioRxiv. Statistical processing and visualization of the obtained data were performed using the following software: Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint, OriginLab, and Clampfit.