Примеры заболеваний с выраженными различиями клинических проявлений и наличием общей черты патогенеза нередки. Так, болезнь Альцгеймера и сахарный диабет 2-го типа отличают наличие такого патогенетического звена, как агрегация белков. Подобные протеиновые комплексы действительно являются знаковой особенностью развития множества заболеваний. Однако, помимо сведений о патологической роли белковых конгломератов, появляются данные, характеризующие позитивную значимость указанной патофизиологической особенности.
Несмотря на распространенность явления агрегации протеинов в биологических системах, исходные причины и диапазон возможных следствий указанного процесса изучены недостаточно. Во многом это объяснялось тем, что для изучения указанного явления в живых клетках не существовало доступного стандартизованного подхода к проведению исследований.
По результатам недавней работы с применением генно-инженерных технологий сообщается об успешной разработке инструмента yTRAP — транскрипционного регистратора агрегации белков. Указанная модель реализует задачи количественного определения, измерения и модуляции степени белковой агрегации в клетках живого организма. Результаты исследования, проведенного научными сотрудниками Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, и Института биомедицинских исследований Уайтхеда (Whitehead Institute for Biomedical Research), США, опубликованы в издании «Cell» 19 октября 2017 г.
Описывая цели научного проекта, авторы подчеркнули, что основным назначением разработки инструмента yTRAP послужила необходимость изучения функционирования различных белковых агрегатов, включая протеины, обусловливающие развитие тех или иных патологических процессов, РНК-связывающие белки, а также прионы. Ранее было известно, что прионы представляют собой особую, наследуемую форму, отличающуюся агрегационными свойствами, и наиболее известны в связи с механизмом передачи нейродегенеративных заболеваний у млекопитающих. В то же время новые данные свидетельствуют о том, что роль прионов может быть связана также с выполнением организмами различных физиологически оправданных функций.
Используя новый инструмент, команда ученых разработала датчики для отслеживания агрегации прионов и других белков, манипулирования прионами для создания синтетических воспоминаний в клетках, идентифицикации генов, восстанавливающих здоровое функционирование клеток, а также позволяющих изучать триггерные факторы агрегации белков и последствий этого процесса. Несмотря на то что yTRAP разработан и протестирован на модели дрожжевых клеток, по словам авторов, указанная технология позволяет анализировать и разрабатывать методы терапии неизлечимых ранее заболеваний, а также расширять диапазон полезных функций других типов клеток. Комментируя работу, ученые объяснили, что инструмент yTRAP состоит из двух частей: один из компонентов соединяется с необходимым протеином, тогда как дополнительный участок такого комплекса генерирует флуоресцентный сигнал для измерения уровня агрегации в клетке. При этом каждая часть комплекса может быть настроена для изучения различных белков или экспрессии разных генов и сигналов. Например, авторам разработки удалось оценить взаимовлияние двух типов прионов, создав двойной датчик, генерирующий красный или зеленый флуоресцентные сигналы.
Помимо отслеживания состояний прионов, yTRAP также можно использовать для контроля этих состояний при наследовании свойств в клетках через поколения. Кроме того, продемонстрирована возможность применения указанного инструмента в изучении других белков, включая РНК-связывающие протеины. Многие из этих белков имеют морфофункциональное сходство с прионами, а мутации этих сходств ассоциированы с нейродегенеративными заболеваниями, такими как боковой амиотрофический склероз. В ходе исследования, применяя yTRAP, ученые выявили агрессивные РНК-связывающие белки, что позволило оценить последствия их агрегации, используя экраны с высокой пропускной способностью для визуализации взаимовлияний агрегации белков. Ученые отметили, что агрегация белков изменяет функциональность клеток. В частности, такие изменения могут привносить положительные свойства, например позволять клетке выжить в стрессовых условиях или изменять ее метаболическую функцию, расширяя спектр энергетических ресурсов.
Резюмируя итоги работы, авторы подчеркнули, что все описанные возможности нового инструмента yTRAP позволяют исследовать новые агрегаты протеиновых комплексов, отслеживать их сложное функционирование, а это потенциально приближает к разработке новых препаратов в терапии ныне неизлечимых нейродегенеративных заболеваний.
- Boston University College of Engineering (2017) Health: New protein aggregation measurement tool. ScienceDaily, Oct. 21 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171020160018.htm).
- Newby G.A., Kiriakov S., Hallacli E. et al. (2017) A genetic tool to track protein aggregates and control prion inheritance. Cell, Oct. 19 [Epub. ahead of print].
Наталья Савельева-Кулик
