マグネタイトナノ粒子の影響を受ける脳チューブリン構造とアセンブリの変化に関するin vitro研究

ここ数十年で、人間の脳における記憶、認知、および関連する神経変性疾患のメカニズムを理解するためにかなりの努力が払われてきました。いくつかの研究により、記憶メカニズムと記憶機能障害における微小管タンパク質の重要性が示されています。微小管にはダイナミティがあり、これはニューロンネットワークの機能に不可欠です。微小管関連タンパク質、すなわちタウは、微小管安定性において重要な役割を果たします。一方、強磁性ミネラルマグネタイト（Fe（3）O（4））は正常なヒト脳で検出されており、アルツハイマー病患者の脳でもマグネタイトレベルの上昇が観察されています。したがって、軸索の微小管組織と脳磁石ナノ粒子の関係が可能であることを提案します。この研究では、透過型電子顕微鏡画像と乱流測定法を介して磁石の濃度が増加する存在下での微小管重合の変化を発見しました。チューブリンアセンブリに不可欠な微小管関連タンパク質としての微小管およびTauタンパク質の構造変化は、環状二色性分光法、固有の蛍光、および8-Anilino-1-ナフタレンスルホン酸蛍光測定を介して検出されました。マグネタイトナノ粒子のタウタンパク質で可能な3つの結合部位とチューブリンダイマーに可能な1つの可能な結合部位を予測しました。また、マグネタイトはPC12細胞の形態を異常に変化させ、細胞生存率を減少させます。最後に、マグネタイトは、2つの経路を介して微小管のダイナミクスと重合を変化させることをお勧めします。（1）チューブリンの二次および三次構造を変化させ、（2）チューブリンダイマーまたはタウタンパク質に結合し、タウチューブリンの相互作用を防止することをお勧めします。

In recent decades, considerable efforts have been made to understand the mechanism of memory, cognition, and relevant neurodegenerative diseases in the human brain. Several studies have shown the importance of microtubule proteins in the memory mechanism and memory dysfunction. Microtubules possess dynamicity, which is essential for functions of neuronal networks. Microtubule-associated proteins, i.e., tau, play vital roles in microtubule stability. On the other hand, the ferromagnetic mineral magnetite (Fe(3)O(4)) has been detected in the normal human brain, and elevated levels of magnetite are also observed in the brains of Alzheimer's disease patients. Therefore, we propose that a relationship between microtubule organization in axons and brain magnetite nanoparticles is possible. In this study we found alterations of microtubule polymerization in the presence of increasing concentrations of magnetite through transmission electron microscopy images and a turbidimetry method. Structural changes of microtubule and tau protein, as an essential microtubule-associated protein for tubulin assembly, were detected via circular dichroism spectroscopy, intrinsic fluorescence, and 8-anilino-1-naphthalenesulfonic acid fluorometry. We predicted three possible binding sites on tau protein and one possible binding site on tubulin dimer for magnetite nanoparticles. Magnetite also causes the morphology of PC12 cells to change abnormally and cell viability to decrease. Finally, we suggest that magnetite changes microtubule dynamics and polymerization through two paths: (1) changing the secondary and tertiary structure of tubulin and (2) binding to either tubulin dimer or tau protein and preventing tau-tubulin interaction.