Trennung von Prionen- und anderen Proteinaggregaten zur Analytik neurodegenerativer Erkrankungen

30.05.2006: Eine Veröffentlichung des NIAID Laboratory of Persistent Viral Diseases in Hamilton, Montana belegt, dass das FFF-(Field-Flow Fractionation) System "Eclipse" von Wyatt Technology erfolgreich für die größenabhängige Trennung von Proteinaggregaten eingesetzt werden kann, die für neurodegenerative Erkrankungen verantwortlich sind.

Neurodegenerative Erkrankungen wie z. B. Parkinson-Syndrom, Alzheimer und übertragbare spongiforme Enzephalopathien (TSE) sind oft durch abnorme Proteineinlagerungen im Gehirn der betroffenen Patienten gekennzeichnet. Bei der größenabhängigen Separation dieser Aggregate - das Spektrum reicht von kleinen Protein-Oligomeren bis zu großen amyloiden Fibrillen - stießen und stoßen herkömmliche Methoden wie z. B. Größenausschluß-Chromatographie (Size Exclusion Chromatography, SEC), Polyacrylamid-Gel-Elektrophorese (PAGE) und Ultrazentrifugation rasch an ihre Grenzen. Bei SEC wie bei PAGE können große Aggregate in der stationären Phase haften bleiben und/oder Scherkräften ausgesetzt sein, während bei den Ultrazentrifugationstechniken die Auflösung relativ gering ist.

Der Ansatz von Wyatt überwindet die Beschränkungen der herkömmlichen Säulenchromatographie, indem er lösliche und kolloidale Bestandteile über einen breiten Größenbereich trennen kann. Insbesondere für Proteine ist ideal, dass keinerlei Scherkräfte und Wechselwirkungen der Probe mit einer stationären Phase auftreten können. Das Endergebnis ist eine Separation mit ultrahoher Auflösung.

Für die spezielle Applikation wurde das Gerät für die Trennung von Prionenproteinaggregaten verwendet. Diese wurden online mittels 18-Winkel Lichtstreuphotometer DAWN EOS MALS (Multi-Angle Light Scattering), Optilab- und WyattQELS- (Quasi-Elastic Light Scattering) Instrumenten analysiert, um das durchschnittliche Molekulargewicht (Mw), die Gyrationsradien (rg) und die hydrodynamischen Radien (rh) zu ermitteln. Informationen über die Partikelform (p-Wert) konnten ebenfalls anhand des Quotienten rg/rh gewonnen werden. Die Ergebnisse zeigten, dass die fraktionierten Aggregate ein breites Spektrum an Mw -Werten enthielten (von unter 105 bis über 107 Da), rg -Werte von unter 10 nm bis annähernd 300 nm und rh Werte von etwa 5 nm bis über 50 nm. Die Werte für p wiesen darauf hin, dass die Aggregate in den früh eluierenden Fraktionen recht kompakt waren, während die Strukturen am Ende der Elution ausgeprägt länglich waren.

Mit der Fähigkeit, die molare Masse, Radien und Form eines breiten Spektrums von Partikelgrößen zu fraktionieren und zu charakterisieren, hat sich das System in Verbindung mit MALS- und QELS-Instrumenten als nützliches Hilfsmittel für das Studium von Proteinaggregaten erwiesen, die im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen stehen.