Analytical Approaches to Neurodegenerative Disease Protein Aggregation

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Analytical Approaches to Neurodegenerative Disease Protein Aggregation"

Lovisa Gustafsson
för 6 år sedan
Visningar:

1 Analytical Approaches to Neurodegenerative Disease Protein Aggregation Licentiate Thesis School of Chemical Science and Engineering Department of Chemistry Division of Analytical Chemistry KTH, Royal Institute of Technology Stockholm, Sweden, 2011 AKADEMISK AVHANDLING som med tillstånd av Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm framlägges till offentlig granskning för avläggande av teknologie licentiatexamen 15 juni 2011, kl. 13 i sal D2, Lindstedtsvägen 5. Avhandlingen försvaras på engelska. i

3 Thesis for the degree of Licentiate of Technology in Chemistry KTH, Royal Institute of Technology School of Chemical Science and Engineering Department of Chemistry Division of Analytical Chemistry Stockholm, Sweden, 2011 ISBN TRITA CHE Report 2011:42 ISSN Copyright, 2011 All rights reserved for the summary part of this thesis, including all pictures and figures. No part of this publication may be reproduced or transmitted in any form or by any means, without prior permission in writing from the copyright holder. The copyright for the appended journal papers belongs to the publishing houses of the journals concerned. Printed by US AB, Stockholm, 2011 iii

4 ABSTRACT In this thesis, a number of bioanalytical techniques have been evaluated for protein and protein assemblies related to different neurodegenerative diseases. The thesis is based on two papers. Neurodegenerative diseases are characterised by protein aggregation, exerting neurotoxic effects. However, the precise mechanism from formation of protein assemblies to resulting neurotoxic effects is still to be enlighted. To facilitate further understanding of neurotoxicity caused by such aggregates, novel approaches for the separation and characterisation of different aggregated species are essential. In Paper I, isoelectric focusing has been utilised as a technique for the separation of different aggregated forms of amyloid beta peptides, including protofibrils, from monomeric/low molecular weight oligomeric amyloid beta. Moreover, a protofibril specific enzyme linked immunosorbent assay has been employed for the characterisation of protofibril formation from co incubation of two species of amyloid beta. Furthermore, combination protofibrils have been analysed with immunoprecipitation in concert with nanoelectrospray mass spectrometry for assessment of the contained constituents. In Paper II, the oligomerisation of α synuclein upon exposure to key polyunsaturated fatty acid oxidation aldehydes has been studied. In preparation of such oligomeric α synuclein, aldehyde is commonly added in large excess to achieve stoichoimetric conversion of monomeric α synuclein. In this work, oligomerisation kinetics has been studied from low aldehyde excess in an attempt to mimick physiological levels and to obtain further understanding of the aggregation events of α synuclein. In concert, these results show the usefulnes of complementary techniques for characterisation of oligomeric protein species. Hyphenation of techniques with different selectivities can increase the understanding of the oligomerisation events involved in neurodegenerative diseases, which, ultimately, may result in novel diagnostic tools. Stockholm, 2011 Keywords: Neurodegenerative diseases, protein misfolding, protein aggregation, gel electrophoresis, isoelectric focusing, immunodetection, ELISA, immunoprecipitation, mass spectrometry, nanoelectrospray, liquid chromatography

5 SAMMANFATTNING Denna avhandling beskriver utvärderingen av olika bioanalytiska tekniker för proteiner och proteinansamlingar relaterade till neurodegenerativa sjukdomar. Avhandlingen baseras på två artiklar. Neurodegenerativa sjukdomar kännetecknas av aggregering av vissa proteiner till ansamlingar, vilket utmynnar i neurotoxiska effekter. Den precisa mekanismen för hur proteinansamling utmynnar i neurotoxiska effekter är fortfarande oklar. För ökad förståelse för neurotoxicitet hos dessa aggregat är det essentiellt att separera och karakterisera olika typer av ansamlingar med nya metodiker. I Artikel I (Paper I) har isoelektrisk fokusering använts som metod för att separera aggregerade amyloid betapeptider, exempelvis protofibriller, från monomert/lågmolekylärt oligomeriserat amyloid beta. En protofibrillspecifik enzymkopplad immunosorbentassay har också använts för karakterisering av protofibriller från två former av amyloid beta. Kombinationsprotofibriller har också analyserats med immunoprecipitering och nanoelektrospraymasspektrometri för bestämning av de ingående komponenterna. I Artikel II (Paper II) har oligomerisering av α synuklein i närvaro av modellaldehyder för oxidationsmetaboliter av fleromättade fettsyror studerats. Vid beredning av oligomert α synuklein används ofta stora överskott för att uppnå stökiometrisk omvandling av monomert α synuklein till oligomerer. I denna studie har kinetik vid låga aldehydöverskott kartlagts för att efterlikna fysiologiska förhållanden och erhålla närmare förståelse för aggregeringsprocessen hos α synuklein. Sammantaget visar resultaten på vikten av komplementära tekniker för analys av oligomeriserade proteiner. Kombinationer av olika tekniker kan fördjupa förståelsen för oligomeriseringsprocessen i neurodegenerativa sjukdomar, vilket i ett längre perspektiv skulle kunna utmynna i nya diagnostiska verktyg. Stockholm, 2011 Nyckelord: Neurodegenerativa sjukdomar, felveckade proteiner, proteinaggregering, gelelektrofores, isoelektrisk fokusering, immundetektion, ELISA, immunoprecipitering, masspektrometri, nanoelektrospray, vätskekromatografi v

Relevanta dokument

Semantic and Physical Modeling and Simulation of Multi-Domain Energy Systems: Gas Turbines and Electrical Power Networks

DEGREE PROJECT IN ELECTRICAL ENGINEERING, SECOND CYCLE, 30 CREDITS STOCKHOLM, SWEDEN 2017 Semantic and Physical Modeling and Simulation of Multi-Domain Energy Systems: Gas Turbines and Electrical Power