Специалисты Московского физико-технического института создали и усовершенствовали методику криозащиты для аденозиновых рецепторов, относящихся к классу GPCR. Данная технология может найти применение при изучении хемокиновых рецепторов – белков, которые играют важную роль в патогенезе онкологических и аутоиммунных заболеваний. Результаты исследования были представлены в статье, опубликованной в зарубежном научном издании Protein Science. Работа ведется в коллаборации с Индийским технологическим институтом в Канпуре и Институтом биоорганической химии РАН.
Хемокиновые рецепторы относятся к семейству GPCR – группе мембранных белков, которые играют ключевую роль в клеточной передаче сигналов. Эти рецепторы оказывают влияние на иммунные реакции и процессы роста опухолей, что делает их перспективными мишенями для 34% современных лекарств. К числу известных средств, воздействующих на рецепторы семейства хемокинов, относятся Маравирок (Maraviroc) для лечения ВИЧ-инфекции, направленный на рецептор CCR5, и Плериксафор (Plerixafor, Mozobil), применяемый при неходжкинской лимфоме и множественной миеломе и воздействующий на CXCR4. Помимо этого, ряд других лекарственных препаратов находится на заключительных этапах разработки и проходит клинические испытания.
«Наше исследование, в отличие от других работ, посвященных GPCR, сосредоточено на одном из рецепторов хемокинов. Хемокины – это небольшие белки, продуцируемые иммунными клетками и выполняющие важную роль в физиологических процессах, таких как миграция клеток и воспаление. Рецептор, являющийся целью нашего проекта, преимущественно экспрессируется в иммунных клетках, включая нейтрофилы, тучные клетки, моноциты и макрофаги, а также в эндотелиальных и эпителиальных клетках.
Обнаружено, что он избыточно экспрессируется в различных злокачественных новообразованиях, например, при раке поджелудочной железы и печени, что оказывает прямое воздействие на развитие болезни и распространение раковых клеток. Мы считаем данный белок перспективной мишенью для разработки лекарств при ряде заболеваний, затрагивающих человека, включая сепсис, астму, псориаз, онкологические и воспалительные процессы », – рассказал один из основных исполнителей проекта, и.о. заведующего лабораторией структурной биологии рецепторов, сопряж енных с G-белком МФТИ, Алексей Мишин.
Изучение GPCR долгое время затруднялось из-за технических сложностей: эти белки очень чувствительны к замораживанию, что создавало трудности при их длительном хранении. Ученым из МФТИ удалось найти решение этой проблемы. На примере A2A аденозинового рецептора – известного модельного белка из семейства GPCR – они продемонстрировали, что правильно подобранная детергентная среда (водный раствор, в котором стабилизаторы формируют вокруг белка защитную оболочку, воспроизводящую его естественную мембранную среду) эффективно предотвращает повреждения белков при криогенных температурах.
Проведенное исследование подтвердило возможность криоконсервации и позволило выявить наиболее эффективные методики. Специалисты выяснили, что среда, содержащая современный детергент LMNG (лаурилмальтоза неопентилгликоль), обеспечивает наилучшую сохранность, поддерживая как структурную целостность, так и функциональную активность белка, даже при месячном хранении.
Данный метод демонстрирует адаптивность: надежное сохранение образцов обеспечивается как при экстремально низких температурах (-80°C), так и при стандартных (-20°C), что позволяет использовать его в большинстве лабораторий. Следовательно, проведенное исследование создает теоретическую базу для реализации основной цели проекта.
«Создание эффективной технологии криоконсервации стало первым этапом реализации нашего проекта. Благодаря этому мы получили возможность безопасно работать с образцами хемокиновых рецепторов, исключив их разрушение в процессе хранения. Это позволяет ускорить ход исследований и улучшить их результативность ежность получаемых данных, что особенно важно при изучении таких динамичных и сложных мишеней », – рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией структуры и динамики биомолекул МФТИ Валентин Борщевский.
Основная задача российско-индийской исследовательской работы заключается в выяснении механизмов активации и передачи сигналов хемокиновыми рецепторами. Полученные данные могут быть использованы для разработки новых лекарственных средств, предназначенных для борьбы с онкологическими и другими серьезными недугами.
Проект стал лауреатом конкурса, организованного Российским научным фондом (РНФ) совместно с Министерством науки и технологий Индии, и охватывает трехлетний период. В рамках работы ученые намереваются определить трехмерную структуру важнейших рецепторов, выявить молекулярные процессы, лежащие в основе их работы, определить новые мишени для терапевтического воздействия и разработать базу для успешного лечения тяжелых форм рака и заболеваний иммунной системы.
Пресс-служба МФТИ предоставила информацию и фотографии