DNA -nanospring die cellulair motorisch vermogen meet, kan een verbeterde ziektediagnose opleveren

Cellen vereisen allemaal het transport van materialen om hun functie te behouden. In zenuwcellen is daarvoor een kleine motor gemaakt van eiwit genaamd KIF1A verantwoordelijk. Mutaties in dit eiwit kunnen leiden tot neurologische aandoeningen, waaronder moeilijkheden bij het lopen, intellectuele stoornissen en zenuwafbraak. Het is bekend dat mutaties in KIF1A ook resulteren in verzwakte motorische prestaties, maar dit is tot nu toe moeilijk te meten.

Onderzoekers van de Universiteit van Tokio en het National Institute of Information and Communications Technology (NICT) in Japan hebben nu veranderingen in de kracht van KIF1A gemeten met behulp van een nanospring, een kleine, opgerolde structuur gemaakt van DNA, wat zou kunnen leiden tot een verbeterde diagnose van ziekten die verband houden met de mutaties van het eiwit.

Het werk verschijnt in op de hoogte zijn van.

Neurologische aandoeningen zoals KIF1A-geassocieerde neurologische aandoening (KAND) kunnen enorm schadelijk zijn voor het leven van patiënten. Er wordt dus veel moeite gedaan om om hen heen te onderzoeken in termen van het verminderen van enkele van de symptomen. Een belangrijk onderdeel daarvan is de initiële diagnose, omdat hoe eerder de problemen worden betrapt, hoe eerder ze kunnen worden aangepakt.

“Kand resultaten van mutaties in het motorische eiwit KIF1A, en er is gemeld dat sommige KIF1A -mutanten een motoriekracht van minder dan 1 Piconewton genereren, vergeleken met de 3,8 Piconewtons van een gezonde versie. Deze krachten zijn zeer moeilijk te detecteren. Solid State Physics aan de Universiteit van Tokyo.

“Eerdere studies probeerden optische pincet te gebruiken, gebaseerd op lasers, maar de signalen die deze gaven waren onduidelijk en testmonsters zouden vaak afstandelijk raken. Dus we zochten een beter alternatief, en dit bracht me ertoe een spoelvormige DNA-nanospring te gebruiken, opgericht door senior onderzoeker Mitsuhiro iwaki van NICT, de eerste van de soort soort soort.”

De naam is in feite vanzelfsprekend: het is een kleine spoel slechts enkele nanometer lang, een miljardste van de breedte van een menselijk haar, gemaakt van DNA. Het kan veilig worden bevestigd aan zowel een onbeweeglijk oppervlak als aan een KIF1A -eiwit, en zoals u zich kunt voorstellen, betekent de lente -achtige aard dat het zich uitstrekt, afhankelijk van de op de toegepaste kracht die erop wordt toegepast. De nanospring gloeit onder een microscoop om de mate van stretchen aan te geven. Dus door deze fluorescentie zorgvuldig te observeren, konden Hayashi en haar team nauwkeurig meten hoe krachtig KIF1A aan een DNA -nanospring trok.

“Na het verkrijgen van fluorescentiebeelden van de nanospring was het noodzakelijk om de lengte van de beelden te schatten, en we hebben een schattingsmethode ontwikkeld. Informatiewetenschap bleek ook belangrijk te zijn voor analyse van één molecuul,” zei Hayashi.

De nanospers worden gemaakt met behulp van een proces genaamd DNA Origami, waarbij een lange streng DNA wordt gevouwen met vele kortere strengen. Computerprogramma’s helpen bij het ontwerpen van twee en driedimensionale vormen op nanoschaal, en het DNA vouwt op zichzelf correct omdat de samenstellende moleculen zich op voorspelbare manieren aansluiten. Dankzij de vorm en flexibiliteit kunnen onderzoekers kleine, lente-achtige structuren bouwen die een blauwdruk met verrassende nauwkeurigheid volgen.

Hoewel het onwaarschijnlijk is dat de DNA -nanospring op zich zal leiden tot een behandeling op zichzelf, is het feit dat het kan helpen bij het diagnosticeren van Kand een grote stap vooruit. Hayashi en haar team ontwikkelen nu high-throughput data-analysemethoden, omdat er meer dan 100 bekende KIF1A-mutaties zijn en ze een database willen bouwen die hun krachtmetingen catalogiseren.

“Omdat de biofysische eigenschappen van het motorische eiwit belangrijk zijn voor het voorspellen van de ernst van de ziekte, willen we de voorspellingen van de ernst van Kand verbeteren door deze gegevens op te nemen in AI-gebaseerde modellen van eiwitprestaties,” zei Hayashi.