Specific Binding of a β-Cyclodextrin Dimer to the Amyloid β Peptide Modulates the Peptide Aggregation Process

化学 二聚体 单体 环糊精 硫黄素 离解常数 低聚物 生物物理学 结晶学 立体化学 生物化学 有机化学 聚合物 医学 受体 疾病 病理 生物 阿尔茨海默病
作者
Anna Wahlström,Risto Cukalevski,Jens Danielsson,Jüri Jarvet,Hideki Onagi,Julius Rebek,Sara Linse,Astrid Gräslund
出处
期刊:Biochemistry [American Chemical Society]
卷期号:51 (21): 4280-4289 被引量:53
标识
DOI:10.1021/bi300341j
摘要

Alzheimer's disease involves progressive neuronal loss. Linked to the disease is the amyloid β (Aβ) peptide, a 38-43-amino acid peptide found in extracellular amyloid plaques in the brain. Cyclodextrins are nontoxic, cone-shaped oligosaccharides with a hydrophilic exterior and a hydrophobic cavity making them suitable hosts for aromatic guest molecules in water. β-Cyclodextrin consists of seven α-d-glucopyranoside units and has been shown to reduce the level of fibrillation and neurotoxicity of Aβ. We have studied the interaction between Aβ and a β-cyclodextrin dimer, consisting of two β-cyclodextrin monomers connected by a flexible linker. The β-cyclodextrin monomer has been found to interact with Aβ(1-40) at sites Y10, F19, and/or F20 with a dissociation constant (K(D)) of 3.9 ± 2.0 mM. Here (1)H-(15)N and (1)H-(13)C heteronuclear single-quantum correlation nuclear magnetic resonance (NMR) spectra show that in addition, the β-cyclodextrin monomer and dimer bind to the histidines. NMR translational diffusion experiments reveal the increased affinity of the β-cyclodextrin dimer (apparent K(D) of 1.1 ± 0.5 mM) for Aβ(1-40) compared to that of the β-cyclodextrin monomer. Kinetic aggregation experiments based on thioflavin T fluorescence indicate that the dimer at 0.05-5 mM decreases the lag time of Aβ aggregation, while a concentration of 10 mM increases the lag time. The β-cyclodextrin monomer at a high concentration decreases the lag time of the aggregation. We conclude that cyclodextrin monomers and dimers have specific, modulating effects on the Aβ(1-40) aggregation process. Transmission electron microscopy shows that the regular fibrillar aggregates formed by Aβ(1-40) alone are replaced by a major fraction of amorphous aggregates in the presence of the β-cyclodextrin dimer.
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