Di recente, l'accumulo di beta-amiloide (Aβ) nel cervello è stato collegato allo sviluppo della malattia di Alzheimer (AD) attraverso la formazione di placche aggregate e grovigli neurofibrillari (NFT). Sebbene in precedenza fosse stato dimostrato che le nanoparticelle di carbonio hanno un potenziale per affrontare l'AD, le interazioni di Aβ con tali nanoparticelle non sono state studiate ampiamente. In questo lavoro, vengono utilizzate simulazioni di dinamica molecolare per simulare le interazioni tra un singolo strato atomico di ossido di grafene (GO) e una fibrilla di Aβ di 12 monomeri. Queste interazioni vengono ulteriormente confrontate con quelle tra GO e cinque singoli monomeri di Aβ per comprendere meglio i cambiamenti conformazionali in Aβ come singolo monomero e come componente della fibrilla di Aβ. È stato scoperto che dei 42 residui dei monomeri di Aβ, i residui 27-42 sono i più interessati dalla presenza di GO. Inoltre, l'analisi della stabilità tramite RMSD, energie conformazionali e ponti salini, insieme all'energia di non legame, illustrano che le interazioni Aβ–Aβ sono state interrotte e smantellate con successo da GO. Nel complesso, le differenze nelle interazioni tra Aβ monomerico costituito da cinque monomeri con GO, una fibrilla Aβ con GO e monomeri di controllo Aβ tra loro, hanno contribuito a chiarire il potenziale che GO ha per districare i grovigli di Aβ, sia nel caso di singoli monomeri che formano un cluster sia come parte della fibrilla Aβ.
parole chiave:beta amiloide; ossido di grafene; dinamica molecolare; La malattia di Alzheimer
1. introduzione
Secondo il Center for Disease Control (CDC), la malattia di Alzheimer (AD) è il tipo più comune di demenza. Secondo uno studio, circa 5.8 milioni di americani vivono con l'AD, con una previsione di 14 milioni entro il 2060. Detto questo, l'AD è stata classificata come la sesta causa di morte tra gli adulti statunitensi [1]. Attualmente, non esiste una cura per l'AD, nonostante i grandi sforzi fatti per trovarne una, il che ha alimentato la necessità di concentrarsi sulla risoluzione della causa dell'AD piuttosto che sui suoi effetti. Sulla base delle attuali conoscenze, la causa dell'AD è l'aggregazione di monomeri di beta-amiloide (Aβ) all'interno del cervello, in particolare della neocorteccia del cervello [2]. Mentre la scoperta delle placche e la presenza di grovigli neurofibrillari nel cervello delle persone con demenza è stata fatta da Oskar Fisher e Lois Alzheimer all'inizio del ventesimo secolo [3], la presenza della proteina Aβ che compone le placche è stata scoperta più recentemente a metà degli anni '1980 da Glenner, Masters e Beyreuther [4,5].
L'Aβ è stato caratterizzato come un potenziatore della memoria e un modulatore della funzione mitocondriale. L'amiloide è formato da una proteina più grande chiamata Amyloid Precursor Pro-tein (APP). Nella sequenza di rotture, una scissione tossica può verificarsi in Aβ-42, riferendosi a un Aβ contenente 42 amminoacidi. L'APP svolge un ruolo cruciale nella crescita e maturazione neurale, attraverso metodi proposti come la specificazione dell'identità cellulare, la regolazione della proliferazione e la formazione di cellule staminali neurali [6]. L'APP viene scissa da uno dei due enzimi principali, Beta Secretase e Alpha Secretase. Tuttavia, la selettività di una secretasi per l'APP rispetto all'altra è ancora sconosciuta. In un cervello sano, Alpha Secretase scinde l'APP in sAPPalpha che protegge i neuroni, agisce come stabilizzatore e migliora la memoria. Al contrario, Beta Secretase scinde l'APP per creare sAPPbeta, che pota le sinapsi durante lo sviluppo dei neuroni. Il risultato finale della selettività di Beta Secretase è Aβ-42 o Aβ-40, riferendosi ad Aβ con 42 o 40 amminoacidi [6,7]. Questo specifico filamento di Aβ è particolarmente sfavorevole. Aβ 42/40 forma cluster con se stesso iniziando come dimeri, portando ulteriormente ad aggregati duri insolubili che risiedono tra le cellule nervose attaccandosi alle loro estremità ed erodendo la sinapsi. Questa erosione interrompe il trasferimento neuronale di informazioni e la capacità del neurone di riparare e metabolizzare [8,9]. Sebbene il meccanismo specifico di ripiegamento sia ancora sconosciuto, sono in corso studi per mappare a fondo la formazione dell'oligomero Aβ per mirare a specifici passaggi del meccanismo e interrompere l'oligomerizzazione prima che avvenga [10]. Poiché tale azione è un metodo prematuro per ostacolare lo sviluppo di AD, una possibile soluzione per eliminare gli aggregati di Aβ è la dissoluzione. Pertanto, lo sforzo di questo studio si concentra sull'effetto della dissoluzione degli oligomeri formati anziché sull'eliminazione della capacità di Aβ di oligomerizzare.