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肌萎缩脊髓侧索硬化症(ALS)是一种较常见的致死性神经退行性疾病。大量证据表明野生型和突变型SOD1的聚集是ALS的重要致病原因之一,而氧化或突变引起SOD1结构和性质的变化可能是导致SOD1聚集的主要原因,并且随着研究的深入,普遍认为相关蛋白质的寡聚体或可溶性低聚物具有比成熟聚集体更高的细胞毒性。DNA是生物体内含量最丰富的多聚阴离子物种之一,我们曾发现DNA在酸性条件下促进野生型SOD1以及在中性条件下促进氧化损伤型SOD1聚集的性质。肝素是一种高度硫酸化的线性多聚阴离子物种,已被证明能与多种淀粉样病变蛋白作用并加速其聚集。研究以肝素和DNA为代表的多聚阴离子物种促进SOD1及其突变体的聚集作用也许能为理解或治疗ALS提供一定的实验依据。
本文主要通过荧光光谱、RALS、DLS、CD、TEM、凝胶电泳和细胞实验的方法研究了多聚阴离子与SOD1及A4V的相互作用,主要结果如下:
(1)多聚阴离子能够促进SOD1及其突变体(A4V)聚集,但具有明显的pH依赖性,且野生型SOD1聚集所需的pH值较A4V更低,说明A4V具有较高的聚集倾向;组氨酸对于二者的反应起着重要作用,这可能是该反应具有pH依赖性的主要原因之一,以上结果说明多聚阴离子促进SOD1的聚集可能是静电相互作用主导的。
(2)通过色氨酸内源荧光猝灭的方法研究了多聚阴离子促进SOD1的聚集,并通过荧光拟合的方法获得了不同多聚阴离子与SOD1的猝灭和结合常数,发现多聚阴离子与SOD1的相互作用呈现出LMWHep≥pBR322 DNA~ctDNA>λDNA的规律;在浓度相近的情况下,肝素在pH≤4.0条件下将抑制DNA与SOD1的结合且该抑制作用随pH值的升高而降低;
(3)肝素或DNA与A4V作用的聚集体形貌差异明显:肝素体系中SOD1聚集体简单而松散,DNA体系则更为紧密;不同种类的DNA与A4V作用的聚集体形貌也不相同。同时,肝素或DNA都能逐渐减弱SOD1在208nm处的CD特征峰,而随着pH值的升高,DNA对于wtSOD1二级结构的影响将高于肝素,说明DNA与SOD1之间存在非静电弱相互作用;
(4)肝素/pBR322 DNA-A4V反应体系中聚集体的细胞毒性较小,而上清液中由于可溶性聚集体或寡聚体的存在而显示较高的细胞毒性。