Aggregation, Propagation and Pathological Implications of α-synuclein Amyloid Fibrils in Parkinson’s Disease
Doktorsavhandling, 2026
This thesis addresses several of these knowledge gaps by investigating the aggregation and prion-like propagation of α-synuclein amyloid fibrils using wild-type and familial PD-associated variants. First, to understand how assembly conditions shape α-synuclein fibril formation and structure, I examined the effects of monovalent cations. I show that the physiologically abundant cations Na+ and K+, although often treated as interchangeable, produce distinct effects on aggregation kinetics and fibril morphology, demonstrating that changes in ionic conditions can reshape α-synuclein fibril assembly pathways. I next investigated consequences of fibril fragmentation, a mechanism that rarely occurs in vitro but can be significant in vivo, showing that early-onset PD variants underwent pronounced structural evolution following fragmentation, reflected in altered Thioflavin-T binding. This shows that α-synuclein fibrils are more structurally heterogenous than previously believed and that they may continue to remodel their architecture over the course of PD. To resolve such heterogeneity, I established a Thioflavin-T fluorescence-lifetime spectroscopy-based methodology for phenotyping of α-synuclein polymorphs. Cross-seeding experiments revealed variant-specific structural trajectories, including faithful templating, monomer-driven restructuring, and emergence of de novo polymorphs, highlighting the vast structural landscape accessible to α-synuclein fibrils. Finally, I investigated whether these in vitro traits influenced prion-like propagation in cells, showing that α-synuclein variants differed markedly in uptake efficiency, induction of endosomal enlargement, and ability to seed endogenous α-synuclein aggregation. These cellular outcomes aligned with the structural and kinetic behaviors observed in vitro, demonstrating that propagation efficiency is strongly shaped by intrinsic fibril properties.
Altogether, this work advances the mechanistic understanding of α-synuclein aggregation and propagation in PD and highlights fibril assembly pathways and resulting fibril structure as critical targets for future therapeutic strategies.
amyloid kinetics
cross-seeding
polymorphism
α-synuclein
fragmentation
amyloid fibrils
prion-like propagation
Parkinson’s disease
fibril morphology
protein aggregation
Författare
Fritjof Havemeister
Molekylär biovetenskap
Monovalent cations have different effects on the assembly kinetics and morphology of α-synuclein amyloid fibrils
Biochemical and Biophysical Research Communications,;Vol. 679(2023)p. 31-36
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Fragmentation-Induced Disassembly and Reaggregation of Α-Synuclein Amyloid Fibrils
ACS Chemical Neuroscience,;Vol. 17(2026)p. 2057-2070
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Marziyeh Ghaeidamini, Fritjof Havemeister, Fredrik Edborgh, Mikaela Sjögren and Elin K. Esbjörner. III. Thioflavin-T fluorescence lifetime spectroscopy enables phenotyping of α-synuclein fibril polymorphs during cross-seeding
Fritjof Havemeister, Andrea Ramnath, Andrea Lovincic Babic, Jeremias Brunbauer, Mikaela Sjögren, Olivia Borg, Elin Allgén, Maitrayee Sinha, Marziyeh Ghaeidamini, Johan Pihl, Linnea Strid Orrhult, Lotta Agholme and Elin K. Esbjörner. IV. Distinct uptake and seeding behaviors of wild-type and mutant α-synuclein variants in human and murine neuronal models
Parkinsons sjukdom är den näst vanligaste neurodegenerativa sjukdomen och drabbar omkring 12 miljoner människor globalt. När dopaminproducerande nervceller försvagas och dör försämras hjärnans förmåga att kontrollera rörelser, vilket leder till typiska Parkinsonsymtom såsom skakningar och förändrat rörelsemönster. Trots stora forskningsframsteg är Parkinsons sjukdom fortfarande obotlig eftersom vi ännu inte helt förstår hur sjukdomen uppstår och fortskrider.
En central sjukdomssignal vid Parkinsons och andra neurodegenerativa sjukdomar är att normalt fungerande proteiner bildar skadliga fibrer, så kallade amyloider. Dessa fibrer kan sprida sig i hjärnan, vilket leder till förvärrade sjukdomssymtom. I Parkinsons sjukdom är det α-synuklein, ett protein som reglerar nervcellers hantering av signalsubstanser såsom dopamin, som bildar dessa fibrer. Varför fibrerna uppstår och hur de skadar nervceller är fortfarande oklart.
I min avhandling undersöker jag hur α-synuklein bildar fibrer och hur de sprids. Jag visar att vanliga salter i kroppen påverkar hur fibrerna formas och deras struktur, och att fragmentering, en process där fibrer bryts ned i mindre bitar, kan driva på strukturella förändringar. Resultaten visar att fibrerna kan anta många olika strukturer som fortsätter att förändras över tid, något som skulle kunna kopplas till sjukdomens svårighetsgrad. Jag visar också att olika fibertyper tas upp olika effektivt av celler, skiljer sig i hur de omvandlar normalt α-synuklein till skadliga former och ger upphov till olika sjukdomsrelaterade förändringar i cellerna. Detta tyder på att fibrernas inneboende egenskaper styr hur sjukdomen fortskrider.
Sammanfattningsvis ger avhandlingen en fördjupad förståelse för hur α-synukleinfibrer bildas, förändras och sprids i Parkinsons sjukdom, kunskap som är avgörande för att kunna utveckla framtida behandlingar.
Ämneskategorier (SSIF 2025)
Molekylärbiologi
Neurovetenskaper
DOI
10.63959/chalmers.dt/5917
ISBN
978-91-8103-460-8
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5917
Utgivare
Chalmers
VIVA-salen, våning 10, Kemihuset, Kemigården 4, Chalmers Campus Johanneberg
Opponent: Wei-Feng Xue, University of Kent, UK