Ученые из Сеченовского университета выяснили, что белок теплового шока HSP70 может оказывать существенную защитную функцию для нервных клеток при нейродегенеративных заболеваниях, например, боковом амиотрофическом склерозе (БАС), болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера. О результатах проведенных исследований, которые были опубликованы в авторитетных международных изданиях (включая Frontiers in Molecular Neuroscience, Applied Sciences и Laser Physics Letters), что свидетельствует о нейропротекторных свойствах данного белка.
Миллионы людей во всем мире страдают от нейродегенеративных заболеваний, которые проявляются в постепенной утрате функций организма и гибели нервных клеток головного мозга. На сегодняшний день не разработаны действенные способы предотвращения этого процесса.
«Белки теплового шока, или heat shock proteins (Белки теплового шока (HSP), имеющие молекулярную массу 70 кДа, участвуют в работе множества клеточных механизмов. Однако их основная функция – защита клетки от поврежденных белков. В частности, они предотвращают образование спутанных структур у новообразованных белковых цепей до тех пор, пока те не приобретут свои правильные трехмерные конфигурации. Кроме того, белки теплового шока, затрачивая значительное количество энергии, удаляют поврежденные белки: либо направляют их на повторное использование, либо стабилизируют, ожидая ремонта со стороны других белков-ремонтников. Это и определяет ключевую роль белков теплового шока. Они находят применение в различных областях биомедицины, включая лечение нейродегенеративных заболеваний, и демонстрируют перспективность в онкологии. В настоящее время проводятся исследования, направленные на изучение белков теплового шока при различных повреждениях кожи, кожных ранах и других воздействиях. Таким образом, спектр применения этих белков весьма разнообразен, – подчеркнул в беседе с корреспондентом «Научной России» к.м.н., доцент кафедры анатомии и гистологии человека Института клинической медицины им. Н. В. Склифосовского Геннадий Александрович Пьявченко.
В течение многих лет исследователи изучали воздействие повышенного производства белка HSP70 (в частности, формы HSPA1A) на развитие нейродегенерации у трансгенных мышей. В недавнем эксперименте использовалась модель мышей, имитирующая FUS-ассоциированный нейродегенеративный процесс – одну из форм заболевания, аналогичного БАС у людей. Результаты показали, что избыточное количество HSP70 способствует устойчивости нервных клеток к накоплению аномальных белков, препятствуя их агрегации и защищая нейроны от гибели. Данный белок поддерживает протеостаз – важнейший клеточный механизм, обеспечивающий баланс синтеза, правильного сворачивания и удаления белков, особенно в условиях стресса или болезни.
«В научной литературе мы и наши коллеги последовательно отмечаем, что на моделях животных, например, с болезнью Альцгеймера, исследовалась повышенная экспрессия и продукция белков теплового шока. Речь идет о создании ситуаций, близких к реальным условиям. Полная трансляция заболевания от животного к человеку невозможна из-за множества факторов: от расхождений в количестве хромосом и механизмах развития патологий до основополагающих законов эволюции, генетики и самой жизни. Поэтому мы говорим не о нейродегенеративных заболеваниях человека или животных как таковых, а об их моделях. Однако в нашем конкретном случае эти модели достаточно точны. Мы изучаем не мышиные белки, сходные с человеческими HSP, а именно человеческие белки, гены которых были введены в организм мыши. Это, вероятно, на текущем этапе развития науки является максимально возможным приближением.
Введение рекомбинантного HSP70 мышам в дозах, достигающих 500 мкг/кг, не приводило к заметным структурным изменениям в тканях мозга, печени, селезенки и тимуса. Это позволяет предположить, что системное применение белка является безопасным. Тем не менее, местоположение HSP70 имеет решающее значение: внутриклеточный HSP70 оказывает защитное действие на нейроны, в то время как внеклеточный может способствовать усилению повреждения. Для проведения анализа были разработаны и использованы современные методы, в частности, количественное иммунофлуоресцентное картирование и рамановская спектроскопия с применением машинного обучения.
«В ходе наших экспериментов мы изучаем животных с увеличенной внутриклеточной экспрессией белков теплового шока. Любое вещество в живой системе должно занимать определенное место. То, что полезно внутри клетки, может оказаться вредным вне ее. Организм, как правило, воспринимает молекулы белков теплового шока, попавшие за пределы клеток, как признак повреждения, что запускает иммунные реакции, своего рода сигнал тревоги. Однако в действительности ситуация несколько сложнее. Восприимчивость клеток к белкам теплового шока может варьироваться в зависимости от условий, и при попадании этих белков на клеточную поверхность сигнализация не всегда срабатывает идентично. Это многогранный процесс, но действительно, в различных ситуациях эффекты белков теплового шока при разной локализации или при воздействии на разные клетки-мишени могут существенно различаться. Исследование этих тонких механизмов при различных патологиях и на разных клетках-мишенях является одной из ключевых целей наших исследований, — пояснил ученый.
Исследования продемонстрировали уменьшение нейродегенеративных процессов в различных отделах мозга мышей, таких как спинной мозг, кора и лимбическая система, отвечающая за эмоции и поведение. Это свидетельствует о потенциальной возможности поддержания когнитивных способностей.
«Остается много вопросов. И, как правило, чем больше мы получаем ответов, тем больше возникает дополнительных мини-вопросов, деталей и подробностей, что я могу подтвердить. Но мы находим решения. И решаем их не только мы, но и команды по всему миру, включая Россию. Таким образом, это масштабная глобальная задача по поиску различных методов коррекции, в нашем случае нейродегенеративных заболеваний, посредством белков теплового шока. Вкратце: мы подняли вопрос о том, оказывает ли повышенная экспрессия HSP нейропротекторное воздействие и замедляет ли она нейродегенерацию. Наши эксперименты дали однозначный ответ: да. Тогда возникает следующий вопрос: необходимо ли активно и стандартизированно стимулировать повышенную экспрессию этих белков теплового шока в организме человека или животных, или следует искать способы доставки самих белков теплового шока. И, как показывают наши исследования, их нужно доставлять внутрь клетки, а не вовне. Оптимальный способ достижения этого нам еще предстоит определить.
Предварительные результаты исследований, полученные на доклинических моделях, указывают на важные возможности для создания новых методов лечения, основанных на активации защитных свойств белков HSP70 в терапии нейродегенеративных заболеваний.
Новость создана при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации