Amyloidfibrillen sind fadenförmige Proteinaggregate, die unlöslich und resistent gegen Proteaseaktivität sind. Je nach Protein, aus dem die Fibrillen bestehen, können sich amyloide Strukturen an verschiedenen Stellen im Körper ansammeln, darunter im Gehirn, in den Gelenken und in der Bauchspeicheldrüse. Umfangreiche genetische, pathologische und biochemische Beweise weisen darauf hin, dass die Akkumulation von Amyloidfibrillen in Geweben an zahlreichen Krankheiten beteiligt ist, darunter Alzheimer, Parkinson, Typ-2-Diabetes und Prionenkrankheit. Beispielsweise weisen die Gehirne von Alzheimer-Patienten Plaques von Amyloidfibrillen auf, die aus Beta-Amyloidprotein gebildet werden.
Ungefähr 30 Proteine bilden beim Menschen Amyloidfibrillen; sie sind nicht verwandt und haben keine gemeinsame Struktur oder Sequenzähnlichkeit. Alle sind jedoch anders gefaltet als normale Proteinfaltungsmuster, wobei immer dieselbe Struktur im Kern einer Fibrille zu finden ist. Proteine, die bei menschlichen Erkrankungen Amyloidfibrillen bilden, umfassen Immunglobulin-Leichtketten, Gelsolin, Procalcitonin, Beta-Amyloid-Protein, Serum-Amyloid-A-Protein, Beta-2-Mikroglobulin, Transthyretin und Prion-Protein.
Unabhängig von den beteiligten Proteinen haben Amyloidfibrillen charakteristische strukturelle Eigenschaften, insbesondere ihre quartäre Kreuz-Beta-Faltblatt-Struktur. Einzelne Proteine bauen zu langen Filamenten auf, die sich Seite an Seite zu Bändern verbinden. Diese Stapel von Beta-Faltblättern, die durch Wasserstoffbrücken fest verbunden sind, verlaufen senkrecht zur Längsachse der Fibrille.
Diese charakteristische Struktur könnte von der starken Ladung herrühren, die von den Bausteinen der Fibrillen getragen wird. Proteine mit glutaminreichen Sequenzen sind bei den Prionenkrankheiten und der Huntington-Krankheit wichtig. Die Glutamine können die Beta-Faltblatt-Struktur versteifen, indem sie Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Amidcarbonylen und Stickstoffatomen bilden. Bei anderen Proteinen, wie dem Alzheimer-assoziierten Beta-Ameloid-Protein, wird angenommen, dass die hydrophobe Assoziation die Struktur zusammenhält.
Amyloidfibrillen sind das Ergebnis von Problemen bei der Proteinselbstorganisation und scheinen ein Ergebnis des Alterungsprozesses zu sein. Die überwiegende Mehrheit der durch Amyloidstrukturen verursachten Erkrankungen tritt bei älteren Patienten auf. Früher glaubte man, dass ameloide Fibrillen inert sind, wobei zellschädigende toxische Zwischenprodukte während ihrer Bildung die Zellschädigung verursachen. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Fasern selbst tatsächlich giftig sind, insbesondere wenn sie in kürzere Stücke zerteilt werden. Es ist nicht genau bekannt, wie die Fasern für Zellen toxisch sind oder warum die kürzeren Fasern toxischer sind, aber eine Möglichkeit besteht darin, dass ihre geringe Größe das Eindringen in Zellen erleichtert.
Diese Fibrillen haben ein charakteristisches gerades, unverzweigtes Aussehen, wenn sie durch Elektronenmikroskopie beobachtet werden. Sie werden normalerweise indirekt unter Verwendung von Fluoreszenzfarbstoffen, Fleckenpolarimetrie, Zirkulardichroismus oder Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie identifiziert. Eine Röntgenbeugungsanalyse kann verwendet werden, um das Vorhandensein der Kreuz-Beta-Rückenstruktur durch charakteristische Streubeugungssignale direkt zu bestimmen.