Calcium Ions Promote Formation of Amyloid β-Peptide (1–40) Oligomers Causally Implicated in Neuronal Toxicity of Alzheimer's Disease

Abstract
Amyloid β-peptide (Aβ) is directly linked to Alzheimer's disease (AD). In its monomeric form, Aβ aggregates to produce fibrils and a range of oligomers, the latter being the most neurotoxic. Dysregulation of Ca2+ homeostasis in aging brains and in neurodegenerative disorders plays a crucial role in numerous processes and contributes to cell dysfunction and death. Here we postulated that calcium may enable or accelerate the aggregation of Aβ. We compared the aggregation pattern of Aβ(1–40) and that of Aβ(1–40)E22G, an amyloid peptide carrying the Arctic mutation that causes early onset of the disease. We found that in the presence of Ca2+, Aβ(1–40) preferentially formed oligomers similar to those formed by Aβ(1–40)E22G with or without added Ca2+, whereas in the absence of added Ca2+ the Aβ(1–40) aggregated to form fibrils. Morphological similarities of the oligomers were confirmed by contact mode atomic force microscopy imaging. The distribution of oligomeric and fibrillar species in different samples was detected by gel electrophoresis and Western blot analysis, the results of which were further supported by thioflavin T fluorescence experiments. In the samples without Ca2+, Fourier transform infrared spectroscopy revealed conversion of oligomers from an anti-parallel β-sheet to the parallel β-sheet conformation characteristic of fibrils. Overall, these results led us to conclude that calcium ions stimulate the formation of oligomers of Aβ(1–40), that have been implicated in the pathogenesis of AD.

칼슘 이온은 알츠하이머 병의 신경 세포 독성에 근본적으로 영향을 미치는 아밀로이드 베타 펩티드 (1-40) 올리고머의 형성을 촉진

요약

아밀로이드 베타 펩타이드 (Aβ)는 알츠하이머 병 (AD)에 직접 연결됩니다. 단량체 형태에서, Aβ는 응집되어 소 섬유 (fibrils) 및 올리고머 (oligomer)의 범위를 생성하며, 후자는 가장 신경 독성이있다. 노화 된 두뇌 및 신경 변성 장애에서 칼슘 2+ 항상성의 조절 장애는 수많은 과정에서 중요한 역할을하며 세포 기능 장애 및 사망에 기여합니다. 여기에서 우리는 칼슘이 Aβ의 응집을 가능하게하거나 촉진시킬 수 있다고 가정했다. 우리는 Aβ (1-40)와 Aβ (1-40) E22G, 즉 질병의 조기 발병을 유발하는 북극 변이를 가진 아밀로이드 펩타이드의 응집 패턴을 비교했다. 우리는 칼슘의 존재 하에서 것으로 2+ , Aβ (1-40)를 우선적으로 또는 부가 칼슘없이 Aβ (1-40) E22G 의해 형성된 것과 유사한 올리고머를 형성 2+첨가 된 Ca 2+ 가없는 경우 , Aβ (1-40)가 응집되어 피 브릴을 형성한다. 올리고머의 형태 학적 유사성은 접촉 모드 원자 힘 현미경 이미징에 의해 확인되었다. 상이한 샘플에서 올리고머 및 섬유소 종의 분포는 겔 전기 영동 및 웨스턴 블롯 분석에 의해 검출되었으며, 그 결과는 티오 플라 빈 T 형광 실험에 의해 더지지되었다. Ca 2+가 없는 샘플에서 , 푸리에 변환 적외선 분광기는 역 평행 β 시트에서 소 섬유의 평행 β 시트 배열 형태로 올리고머의 전환을 나타냈다. 전반적으로, 이러한 결과는 칼슘 이온이 Aβ (1-40)의 올리고머 형성을 자극하여 AD의 발병 기전과 관련이 있다고 결론 내렸다.