Исследователи показали, что ряд химических воздействий и молекул в живых организмах, могут приводить к деградации и изменению структуры и токсичности амилоидных фибрилл, формирующих бляшки в тканях и органах человека при большом числе серьезных патологий.
В дальнейшем использование таких факторов (или их комбинации) может позволить управлять патогенностью амилоидов в организме человека и стать основой для разработки эффективных лекарственных средств для лечения амилоидозов. Результаты последних исследований авторов в этой области опубликованы в журнале International Journal of Molecular Science.
Накопление в организме человека амилоидных фибрилл сопутствует целому ряду тяжелых заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, прионные заболевания, диабет, гемодиализный амилоидоз, лизоцимовый амилоидоз и др. Неконтролируемый рост амилоидных бляшек вызывает массовую гибель клеток, что приводит к стремительному ухудшению состояния пациентов. На сегодняшний день идентифицировано уже несколько десятков белков, образующих амилоиды при различных патологиях. Наиболее часто амилоидозы встречаются у людей преклонного возраста, а также у пациентов, страдающих хроническими воспалительными заболеваниями, защитные системы клеток и организма которых не справляются с ликвидацией неправильно свернутых белков.
В современном мире в связи с увеличением продолжительности жизни, болезни, сопровождающиеся формированием амилоидных фибрилл, которые раньше считались редкими, приобретают размах эпидемий. При этом ухудшение экологической ситуации в мире и современный ритм жизни, являющийся причиной высокого уровня стресса, нарушения режима сна и обострения хронических заболеваний, приводят не только к увеличению частоты амилоидозов, но и к их заметному «омоложению». Несмотря на актуальность решения проблемы амилоидозов, лекарственных средств для своевременной и эффективной терапии этих заболеваний на данный момент не существует, а применяемое лечение направлено лишь на облегчение состояния и улучшение качества жизни пациентов (устранение симптомов заболевания, коррекция дисфункции поврежденного накоплением амилоидов органа и т.д.).
«Для выявления возможных подходов к разработке терапевтических средств для лечения амилоидозов мы, в первую очередь, проанализировали механизмы образования и свойства функциональных и патологических амилоидов на основе широкого спектра белков различных живых организмов. Проведенные исследования позволили нам сделать заключение об удивительном многообразии амилоидных фибрилл, которые, несмотря на сходство морфологии, имеют различную структуру, стабильность и токсичность для клеток. В результате этих исследований нами были выявлены факторы, приводящие к деградации амилоидов и изменяющие их патогенность», — рассказывает старший научный сотрудник Лаборатории структурной динамики, стабильности и фолдинга белков ИНЦ РАН Анна Сулацкая.
Ученые проводили исследования in vitro (вне живого организма) с применением широкого спектра физико-химических подходов, в том числе специально разработанных. В частности, ими была предложена методика, позволяющая анализировать стабильность и структурный полиморфизм амилоидов с применением флуоресцентных зондов. Преимуществами предложенного подхода по сравнению с другими современными методами являются доступность оборудования, низкая цена материалов, простота и быстрота проведения экспериментов, отсутствие ограничений, связанных с размерами и условиями получения амилоидов, возможность работы с низкими концентрациями образцов и так далее.
Исследователями доказана универсальность разработанного подхода и возможность его использования при скрининге взаимодействия терапевтических агентов с различными белковыми рецепторами – потенциальными мишенями лекарств. Также ими были разработаны и протестированы новые усовершенствованные амилоид-специфические флуоресцентные зонды, позволяющие проводить исследования в спектральной области «окна прозрачности» биологических тканей и имеющие перспективы применения in vivo (в живом организме). Использование разработанных подходов и других современных методик позволило ученым не только исследовать структуру, стабильность и цитотоксичность наиболее широко известных амилоидов животных, бактерий и грибов, но и впервые показать амилоидогенные свойства некоторых белков. В частности, впервые была доказана способность формировать амилоидные фибриллы широко используемым флуоресцентным биомаркером sfGFP, а также белками клубеньковых бактерий RopA и RopB и белком садового горошка вицилином (совместно с сотрудниками ВНИИСХМ). Накопленные научные знания и имеющиеся в арсенале исследователей экспериментальные методики открывают перспективы не только для увеличения эффективности существующих подходов к лечению амилоидозов, но и для разработки новых путей для решения этой проблемы.
«Результаты проведенных нами исследований позволяют предположить, что перспективными для лечения амилоидозов могут являться не только факторы, приводящие к деградации амилоидов или предотвращающие их рост, но и факторы, позволяющие «управлять» цитотоксичностью фибрилл. Такие воздействия, подобно железнодорожному стрелочному переводу, могут способствовать переходу от пути амилоидогенеза, приводящего к образованию патогенных фибрилл, к формированию нетоксичных или низкотоксичных белковых агрегатов. Эти воздействия также могут позволить непосредственно «управлять» патогенностью амилоидов за счет преобразования уже сформировавшихся фибрилл в менее токсичные белковые агрегаты», — поясняет Анна Сулацкая.
Таким образом, результаты, полученные учеными ИНЦ РАН, позволили не только сделать неожиданное заключение о структурном многообразии амилоидов на основе белков различных организмов и развеять миф о крайне высокой устойчивости этих белковых агрегатов к внешним воздействиям, но и открыть новое направление исследований, посвященных поиску факторов, снижающих цитотоксичность амилоидов путем изменения их структуры в процессе формирования бляшек (фибриллогенеза) или на стадии зрелых амилоидных фибрилл, что может позволить в дальнейшем управлять их патогенностью для организма человека. За проведение этих исследований Анна Сулацкая была удостоена национальной стипендии в рамках конкурса L‘OREAL UNESCO “For Women in Science” 2021 г.
Текст: ИНЦ РАН