По результатам научно-исследовательского проекта, начавшегося около 20 лет назад с целью изучения терапевтического влияния препаратов лития на аффективные расстройства, выявлены биохимические взаимосвязи, позволяющие рассмотреть новые представления о механизмах прогрессирования лейкемии. Основные положения работы опубликованы в «Journal of Biological Chemistry» 3 ноября 2017 г.
До настоящего времени было известно, что препараты на основе лития высокоэффективны в терапии группы нарушений, связанных с расстройствами настроения, в частности при биполярных аффективных расстройствах. В то же время общепризнанным считался факт, что данные препараты оказывают терапевтическое действие лишь у части пациентов, вызывая при этом ряд побочных эффектов. В целом же, закономерности фармакодинамики лекарственных соединений на основе лития были изучены недостаточно, что также служило препятствием к возможным усовершенствованиям препаратов.
В 1996 г. учеными Пенсильванского университета (University of Pennsylvania), США, показано, что одним из проявлений механизмов влияния препаратов лития является блокирование киназы-3 гликогенсинтазы (GSK-3) — фермента, модифицирующего активность сопряженных белков путем их фосфорилирования. В ходе серии экспериментов продемонстрировано, что влияние лития на GSK-3 изменяет ход дифференциации клеток животных. Однако до настоящего времени оставалась неизвестной вероятность наличия связи между указанными эффектами препаратов лития в отношении психических расстройств.
В новом исследовательском проекте ученые предприняли попытку изучения вопроса о том, какие внутриклеточные белки оказывают ингибирующее влияние на активность GSK-3. С этой целью проведена сравнительная оценка морфофункциональных параметров клеток с сохраненной активностью фермента GSK-3 с клетками, полностью лишенными GSK-3. Авторы объяснили, что именно многообразие аффективных расстройств с точки зрения патогенетических линий развития и формирования тех или иных клинических проявлений определило исходную задачу настоящей работы — изучить механизмы внутриклеточного влияния и точки приложения фермента GSK-3, оценив при этом вероятные взаимосвязи с биохимической активностью лития.
С этой целью в эксперименте на лабораторных животных ученые применили метод масс-спектрометрии для сравнительного анализа характера фосфорилирования протеинов в эмбриональных стволовых клетках с функционирующей GSK-3 по отношению к активности такового в клетках с блокированным геном, кодирующим GSK-3. В итоге был получен масштабный набор данных — так называемый фосфопротеом, представляющий собой исчерпывающий «каталог» протеинов, подвергающихся фосфорилированию при участии GSK-3.
Однако, проводя анализ, авторы работы пришли к неожиданным выводам. Первоначально ученые исходили из положения, что фермент GSK-3 фосфорилирует белки, отличающиеся специфической аминокислотной последовательностью. Однако данные масс-спектрометрии показали, что большинство белков, фосфорилирование которых зависит от GSK-3, не содержит предполагаемой аминокислотной последовательности. Более того, структура фосфорилированных белков характеризовалась наличием группы сплайсинговых факторов, соединяющих между собой различные участки мессенджерной РНК и при этом изменяющих кодируемые ими протеины. Так, показано, что отсутствие GSK-3 модулировало схемы сплайсинга более чем на 200 мессенджерных РНК.
Полученные результаты, а именно потенциальное влияние GSK-3 на процессы сплайсинга РНК, указали на неожиданную взаимосвязь с таким патологическим процессом, как лейкемия. Так, ранее было известно, что отдельные факторы фосфорилирования GSK-3 подвергаются мутациям при развитии острого миелоидного лейкоза, являющегося одним из условий неконтролируемой пролиферации лейкоцитов в результате аберрантного сплайсинга. По мнению авторов исследования, указанное наблюдение также может объяснять причину, по которой одним из побочных эффектов приема препаратов на основе лития является возрастание уровня лейкоцитов.
В настоящее время, основываясь на новых данных, эксперты проводят изучение вопроса о механизмах влияния фермента GSK-3 на пролиферацию здоровых клеток крови, а также клеток, измененных лейкемическим процессом.
- American Society for Biochemistry and Molecular Biology (2017) How an interest in bipolar disorder drugs led to a better understanding of leukemia. ScienceDaily, Oct. 31 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171031111443.htm).
- Shinde M.Y., Sidoli S., Kulej K. et al. (2017) Phosphoproteomics reveals that glycogen synthase kinase-3 phosphorylates multiple splicing factors and is associated with alternative splicing. J. Biol. Chem., Nov. 3 [Epub. ahead of print].
Наталья Савельева-Кулик
