Ученые выяснили, что фермент катепсин D расщепляет амилоидные фибриллы — скопления неправильно свернутых белков, приводящие к гибели нервных клеток при болезнях Альцгеймера и Паркинсона. Однако такое расщепление не делает фибриллы безопасными для клеток, а напротив, может способствовать формированию новых патологических скоплений. Это открытие поможет лучше понять механизмы развития заболеваний, связанных с накоплением амилоидов, и разрабатывать лекарства для борьбы с ними. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Biological Macromolecules.
Накопление в нервной ткани агрегатов неправильно свернутых белков — амилоидов — сопутствует ряду нейродегенеративных заболеваний, среди которых болезни Альцгеймера и Паркинсона. Такие агрегаты представляют собой нитевидные структуры — фибриллы, образующие скопления (бляшки). Амилоидные фибриллы нарушают передачу сигналов в головном мозге, вызывают гибель нервных клеток и тем самым способствуют развитию деменции и ухудшению моторных функций.
Чтобы разработать эффективные и безопасные методы борьбы с этими пока еще неизлечимыми заболеваниями, важно понимать, как формируются и разрушаются амилоидные фибриллы. Ученые выяснили, что в эти процессы вовлечены ферменты из группы протеаз, в частности катепсин D. Однако данные о роли этого фермента противоречивы: с одной стороны, повышение уровня катепсина D связывали со сборкой новых амилоидных скоплений, а значит, прогрессированием заболевания. Другие работы продемонстрировали, что этот фермент расщепляет один из ключевых белков, способствующих развитию болезни Паркинсона. При этом большинство исследований проводилось на отдельных белковых молекулах, тогда как влияние протеаз на фибриллы и амилоидные кластеры оставалось неизученным.
Ученые из Института цитологии РАН (Санкт-Петербург) исследовали, как катепсин D взаимодействует с амилоидными фибриллами. Авторы искусственно в лабораторных условиях синтезировали эти нитевидные белковые структуры, после чего на время от двух часов до одних суток добавили к ним катепсин D. Наблюдения показали, что катепсин D разрушил водородные связи между бета-нитями, из которых сложены амилоидные фибриллы. Это, в свою очередь, привело к распаду фибрилл на фрагменты.
Затем исследователи проверили, как такое разрушение повлияло на способность амилоидов вредить живым клеткам. Для этого исходные, а также обработанные катепсином D фибриллы добавили в суспензии разных типов человеческих клеток — клетки почки, соединительной ткани и другие. Оказалось, что разрушение фибрилл не снижает их токсического действия. Более того, размер, структура и свойства образующихся фрагментов указали на то, что катепсин D, напротив, способствует быстрому накоплению и распространению патологических амилоидов между клетками и тканями. Дело в том, что фрагментация фибрилл приводит к увеличению количества затравок для формирования новых амилоидных структур. Кроме того, небольшие фрагменты фибрилл могут выделяться из одной клетки и поглощаться другой, что способствует распространению патологических форм амилоидов в окружающие ткани и напоминает механизм «заражения».
«Наше открытие ценно, поскольку оно помогает лучше понять роль протеаз в образовании амилоидных агрегатов. Так, мы показали, что катепсин D, хотя и разрушает фибриллы, не снижает их цитотоксичность и может способствовать образованию новых амилоидов. Это важно учитывать при разработке стратегий лечения болезней Альцгеймера, Паркинсона и других. В дальнейшем мы планируем одновременно фрагментировать амилоиды с помощью катепсина D и разрушать их упорядоченную структуру, используя другие ферменты. Такой комбинированный подход позволит преодолеть побочные эффекты фрагментации, связанные с увеличением скорости образования фибрилл, а также повысит эффективность их разрушения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анна Сулацкая, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории структурной динамики, стабильности и фолдинга белков Института цитологии РАН.
Информация предоставлена пресс-службой Российского научного фонда
Источник фото: ru.123rf.com
