Effects of HSA and polystyrene nanoparticles on Abeta42 fibrillation kinetics

Abstract

Abstract

Alzheimer’s disease is a common form of dementia with one of its hallmarks being the formation of plaques in the brain consisting of fibrils formed from the amyloid beta peptide (Aβ). Nanoparticles have in vitro been shown to affect the rate of which these fibrils form. When nanoparticles enter a biological system they will be covered with proteins, a protein corona is formed. In this study we have used a model protein, human serum albumin (HSA), to investigate how this corona changes the effect of nanoparticles on the fibrillation of Aβ42. HAS alone retards fibrillation at certain concentrations whereas carboxylmodified polystyrene nanoparticles (PS‐COOH) and “plain” sulfonated polystyrene nanoparticles (PS‐S) accelerates the process at certain concentrations. We show that the acceleration from PS‐NPs at these concentrations is counteracted by HSA.

Abstract (Swedish)

Alzheimers sjukdom och nanopartiklar – blir vi dementa snabbare?

Demenssjukdomar kommer märkbart att påverka vår allt mer åldrande befolkning. Alzheimers sjukdom är den vanligaste av dessa och leder till exempel till minnesförlust och förändrad personlighet. En sak som kännetecknar sjukdomen är bildandet av plack i hjärnan. Plack består av ihopklumpade protein. Proteinet som utgör dessa utgör dessa kallas amyloid-β (Aβ) och de bildar långa strängar som kallas fibriller. Det finns flera olika former av Aβ i kroppen. I min studie har jag använt en form som kallas Aβ42, siffran 42 står för hur många aminosyror som finns i proteinet. Aminosyror är byggstenarna i proteiner.
Nanopartiklar, partiklar mindre än 100 nm (nm =10-9 m) i minst en dimension, har tidigare visats påverka bildandet av de fibriller som utgör placken. För att få en uppfattning om hur små dessa partiklar faktiskt är kan vi jämföra det med storleken på ett hårstrå som är 100 000 nm tjockt. Nanopartiklar är idag en stark kandidat för att leverera läkemedel. En teori är att man kan använda dem för att få läkemedel att korsa blod-hjärnbarriären, som fungerar som ett filter mellan hjärnan och blodet och hindrar främmande substanser att nå hjärnan.
Nanopartiklar har egenskaper som är annorlunda än för partiklar i samma material av större storlek. De har till exempel en väldigt stor ytarea i relation till volymen, detta betyder att i lösning finns väldigt stor partikelyta som protein kan binda till. När nanopartiklar kommer in i kroppen täcks de omedelbart med proteiner. Eftersom partiklarna täcks av protein när de kommer in i kroppen har jag undersökt vilken effekt partiklarna med proteiner på sig har på bildandet av fibriller. Proteinet jag har använt för att undersöka denna effekt heter albumin och det är ett av de vanligaste proteinerna i kroppen.
Nanopartiklar och albumin i olika mängder blandas i lösningar tillsammans med Aβ42, sedan läser man med ett instrument av skillnader i ljus från de olika lösningarna. Denna skillnad i ljus kommer från ett färgämne som ger ifrån sig mer ljus när det binder till de strukturer som utgör fibrillerna. Mina resultat visar att när Aβ42 sätts ihop för att bilda de långa strängarna som kallas fibriller så går det snabbare när det finns nanopartiklar i lösningen än när Aβ42 är ensam i lösningen. När det finns albumin i lösningen tillsammans med Aβ42 går reaktionen långsammare vid höga koncentrationer av albumin. Eftersom det finns mycket albumin i kroppen så kommer bildandet av fibriller gå väldigt långsamt i kroppen. För att ta reda på hur bildandet av fibriller påverkas av partiklar med proteiner på sig kombinerades Aβ42, proteiner och partiklar i lösningarna. Vid kombination av Aβ42, nanopartiklar och albumin där koncentrationen av albumin motsvarar ett helt lager av albumin på alla partiklar i brunnen så går bildandet av fibriller långsammare än när det bara är partiklar i lösningen. Det här betyder att albuminet motverkar effekten som nanopartiklarna har, bildandet av fibriller går inte längre snabbare än när Aβ42 reagerar utan närvaro av partiklar.
Koncentrationen av albumin i kroppen är väldigt hög och därför är det troligt att nanopartiklarna inte kommer att öka hastigheten på bildandet av de plack som associeras med Alzheimers. Värt att notera är att det i kroppen finns ytterligare 3700 proteiner i kroppen som kan påverka vilka effekter nanopartiklar har när de kommer in i kroppen.

Handledare: Tommy Cedervall
Examensarbete för masterexamen - cell- och molekylärbiologi, 45hp
Biologiska institutionen, Lunds universitet

• author: Hult, Emelie
• supervisor: Tommy Cedervall
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBN15 20112
• year: 2012
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 3633249
• date added to LUP: 2013-04-12 16:24:13
• date last changed: 2013-04-12 16:24:13