Расшифровка антиамилоидогенного и фибрилл-нейтрализующего действия индол-3-уксусной кислоты кишечной микробиоты на фибрилляцию инсулина с помощью мультиспектроскопических, машинного обучения и гибридных QM/MM подходов

Введение

Фибрилляция инсулина представляет собой серьезную экономическую и клиническую проблему, приводящую к потере биоактивности, воспалению и нежелательным эффектам при хранении, транспортировке и введении препарата. В данной статье исследуется антиамилоидогенное и фибрилл-разрушающее действие индол-3-уксусной кислоты (IAA), метаболита кишечной микробиоты, на процесс фибрилляции инсулина.

Цель исследования

Целью работы было изучение влияния IAA на ингибирование первичной и индуцированной фибрилляции инсулина, а также оценка ее способности разрушать уже сформированные фибриллы.

Методы

Исследование включало следующие методы:

• Флуоресцентный анализ с тиофлавином T (ThT) для оценки фибрилляции.
• Просвечивающая электронная микроскопия (TEM) для визуализации фибрилл.
• Круговой дихроизм для изучения вторичной структуры инсулина.
• Биослойная интерферометрия для определения аффинности связывания IAA с инсулином.
• Машинное обучение и гибридные квантово-механические/молекулярно-механические (QM/MM) подходы для идентификации сайтов связывания.

Результаты

IAA значительно ингибировала как первичную, так и индуцированную фибрилляцию инсулина, что подтверждалось снижением флуоресценции ThT и данными TEM. Кроме того, IAA уменьшала размер агрегатов инсулина и сохраняла его нативную α-спиральную структуру, снижая гидрофобность поверхности. IAA также эффективно разрушала предварительно сформированные фибриллы, что подтверждалось временным снижением флуоресценции ThT и микроскопией.

Биослойная интерферометрия выявила умеренное связывание IAA с инсулином в соотношении 2:1. Машинное обучение и QM/MM анализ позволили идентифицировать два ключевых сайта связывания на инсулине: сайт I (Leu13^A, Tyr14^A, Glu17^A, Phe1^B) и сайт II (Tyr19^A, Phe25^B, Thr27^B), причем сайт I демонстрировал более благоприятную энергетику взаимодействия.

Выводы

IAA продемонстрировала двойное действие: предотвращение образования фибрилл и разрушение уже существующих. Кроме того, она защищала клетки от цитотоксичности и гемолиза, вызванных фибриллами. Это делает IAA перспективным терапевтическим агентом для лечения амилоидозов.

Термины и сокращения

• IAA – индол-3-уксусная кислота (indole-3-acetic acid), метаболит кишечной микробиоты.
• ThT – тиофлавин T (Thioflavin T), флуоресцентный краситель, используемый для выявления амилоидных фибрилл.
• TEM – просвечивающая электронная микроскопия (Transmission Electron Microscopy).
• QM/MM – гибридный квантово-механический/молекулярно-механический метод (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics).
• SAPT0 – метод анализа энергии взаимодействия между молекулами (Symmetry-Adapted Perturbation Theory).