HP-β-cyclodextrin as an inhibitor of amyloid-β aggregation and toxicity

文献情報

出版日 2016-06-28
DOI 10.1039/C6CP03582E
インパクトファクター 3.676
著者

Rundong Hu, Mingzhen Zhang, Hong Chen, Yan Sun, Lingyun Jia, Jie Zheng


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要旨

Amyloid deposits of misfolded amyloid-β protein (Aβ) on neuronal cells are a pathological hallmark of Alzheimer's disease (AD). Prevention of the abnormal Aβ aggregation has been considered as a promising therapeutic strategy for AD treatment. To prevent reinventing the wheel, we proposed to search the existing drug database for other diseases to identify potential Aβ inhibitors. Herein, we reported the inhibitory activity of HP-β-cyclodextrin (HP-β-CD), a well-known sugar used in drug delivery, genetic vector, environmental protection and treatment of Niemann–Pick disease type C1 (NPC1), against Aβ1–42 aggregation and Aβ-induced toxicity, with the aim of adding a new function as a sugar-based Aβ inhibitor. Experimental data showed that HP-β-CD molecules were not only nontoxic to cells, but also greatly inhibited Aβ fibrillization and reduced Aβ-induced toxicity in a concentration-dependent manner. At an optimal molar ratio of Aβ : HP-β-CD = 1 : 2, HP-β-CD enabled the reduction of 60% of Aβ fibrils and increased the cell viability to 92%. Such concentration-dependent inhibitor capacity of HP-β-CD was likely attributed to several combined effects, including the enhancement of Aβ–HP-β-CD interactions, prevention of structural transition of Aβ peptides towards β-sheet structures, and reduction of self-aggregation of HP-β-CD. In parallel, molecular simulations further revealed the atomic details of HP-β-CD interacting with the Aβ oligomer, showing that HP-β-CD had a high tendency to interact with hydrophobic residues of Aβ in two β-strands and the N-terminal tail. More importantly, we identified that the inner hydrophobic cavity of HP-β-CD was a key active site for Aβ inhibition. Once the inner cavity of HP-β-CD was blocked by a small hydrophobic molecule of ferulic acid, HP-β-CD completely lost its inhibition capacity against Aβ. Given the already established pharmaceutical functions of HP-β-CD in drug delivery, our findings suggest that HP-β-CD has great potential to be designed as a sugar-based Aβ inhibitor.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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