Liquid–Liquid Phase Separation (LLPS)-Driven Fibrilization of Amyloid-β Protein

化学 动力学 淀粉样蛋白(真菌学) 纤维 生物物理学 生物化学 生物 量子力学 物理 无机化学
作者
S. Swathi,Anagha Manohar,Ethayaraja Mani
出处
期刊:ACS Chemical Neuroscience [American Chemical Society]
卷期号:14 (19): 3655-3664 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acschemneuro.3c00286
摘要

Amyloid-β [Aβ(1-40)] aggregation into a fibrillar network is one of the major hallmarks of Alzheimer's disease (AD). Recently, a few studies reported that polyphosphate (polyP), an anionic biopolymer that participates in various cellular physiological processes in humans, induces fibrilization in many amyloidogenic proteins [ 2020 Alzheimer's Disease Facts and Figures; John Wiley and Sons Inc., 2020; Tanzi, R. E.; Bertram, L. Cell 2005, 120, 545-555; Selkoe, D. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 275, 630-631; and Rambaran, R. N.; Serpell, L. C. Prion 2008, 2, 112-117]. However, the role of polyP in Aβ(1-40) fibrilization and the underlying mechanism are unclear. In this study, we report experimental investigations on the role of polyP in the fibrilization kinetics of Aβ(1-40). It is found that polyP exhibits a dual effect depending upon the pH value. At pH = 7 (neutral), polyP inhibits amyloid fibrilization in a dose-dependent manner similar to negatively charged nanoparticles. On the contrary, at pH = 3 (acidic), polyP accelerates amyloid fibrilization kinetics via liquid-liquid phase separation (LLPS), wherein the protein-rich droplets contain mature fibrils. In the parameter space spanned by concentrations of Aβ(1-40) and polyP, a phase diagram is constructed to demark the domain where LLPS is observed at pH = 3. Characterization of the protein aggregates, secondary structure content in the aggregates, and cell viability studies in the presence of aggregates are discussed at both pH values. This study reveals that anionic biopolymers can modulate amyloid fibrilization kinetics, linked to neurodegenerative diseases, depending upon their local concentrations and pH.
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