Биохимики обнаружили белок, который поддерживает спонтанное формирование прионов – заразных белковых частиц, вызывающих необратимую деградацию нервной системы. Ведущий специалист проекта рассказала Infox.ru, что белок появляется в перегретых клетках, в ответ на тепловой стресс. Не исключено, что старческая деменция имеет схожие механизмы зарождения и распространения.
Неживая инфекция
Прионы -- это патологические белки, которые передают неизлечимые нейродегенеративные заболевания. Прионы имеют структуру бета-амилоида и размножаются без нуклеиновых кислот -- они не воспроизводят себя, а катализируют структурное превращение нормального клеточного белка в себе подобный. Они буквально «съедают» нейроны, оставляя на их месте дырки: мозг больного становится похож на губку.
«Прионы отличаются от обыкновенных белков не составом аминокислот, а структурой -- пространственным строением. Обычный белок может изменить свою конформацию и стать клубочком из нескольких молекул. Такой, агрегирующий, белок становится инфекционным -- он передается из клетки в клетку, изменяя структуру других родственных белков и вызывая заболевание», -- объясняет Татьяна Чернова из Университета Эмори (Emory University).
Прионы не разрушаются под воздействием радиации, высокой температуры (100°С) или УФ-лучей. Получается, что в условиях, при которых яйцо (а это ведь тоже белок!) становится яичницей или тухнет, прионы не умирают и не утрачивают свою опасность. Поэтому заразиться прионами можно и после того, как этот белок высох, прокипятился и простерилизовался.
Это результаты экспериментальных исследований. На практике болезнь поражает коров и овец, которым перепали субпродукты (костная мука, например) изготовленные из больных животных. Конечно, человек может заразиться, съев бифштекс из «бешеной» коровы. Но случаи прионовой инфекции среди людей единичны. Наиболее известное массовое заболевание – это болезнь Куру у новогвинейских аборигенов-каннибалов. Значит, цивилизованному человечеству прионы не страшны?
«Успокаиваться рано -- коровье бешенство и редкий человеческий недуг (болезнь Клейтцфельдта-Якоба) очень похожи на болезни Альцгеймера и Паркинсона, и на наследственную болезнь Хантингтона», -- Татьяна Чернова не разделяет оптимистичности корреспондента Infox.ru.
Наследование без генов и мутаций
Казалось бы, если вы вегетарианец, ну или хотя бы не каннибал, то такая напасть вас не коснется. Но нет, исследователи утверждают, что на молекулярном уровне прионовая болезнь похожа на болезни Альцгеймера и Паркинсона. И эти нейродегенеративные патологии могут развиться внезапно.
«Особенность прионовых белков в том, что они кодируются нормальными генами, они могут появляться и накапливаться не из-за мутаций, а в результате воздействия стрессирующих факторов окружающей среды. В нашем исследовании мы пытались понять, как происходит первичное перерождение нормального белка в прионовый», -- продолжает Татьяна Чернова.
Ведущий специалист исследования объясняет, что два неприоновых белка могут соприкоснуться, после чего один из них становится прионовым. «Если один из этих белков агрегированный (свернутый в клубочек), то второй при контакте с ним может изменить свою конформацию и стать прионовым», -- поясняет Татьяна Чернова. Это означает, что спорадическое превращение нормального белка в инфекционный происходит из-за того, что он просто соприкоснулся с «клубочком» другого белка.
«Мы пытались понять, как происходит формирование «разносчиков прионов» -- агрегирующих белков, которые изменяют конформацию здоровых белков. Основная гипотеза -- это происходит под воздействием стрессовых факторов, например, при повышении температуры или изменении концентрации соли», -- продолжает Татьяна Чернова.
Дрожжи перегрелись
Работая с модельным организмом (дрожжами) ученые из лабораторий профессоров Кейта Уилкинсона (Университет Эмори) и Юрия Чернова (Технологический институт Джорджии (Georgia Institute of Technology) в Атланте, США, обратили внимание на белки, которые под воздействием тепла собираются в «клубочки» -- агрегируют. Биологи выяснили, что при повышении температуры до 37°С и выше в клетках дрожжей накапывается белок Lsb2.
«В нормальных условиях этот белок очень нестабилен, его концентрация очень мала. Клеточный аппарат жестко контролирует концентрацию Lsb2 и незамедлительно уничтожает излишки», -- продолжает Татьяна Чернова. Она объясняет, что при повышенной температуре концентрация Lsb2 резко увеличивается и клеточный «утилизирующий аппарат» просто не справляется с нагрузкой. Поэтому белок накапливается и измененяет конформацию других белков. Появляются прионы.
Возможно, что прионовые белки помогаю дрожжам пережить стресс, хотя с этим еще предстоит разобраться. Но самое интересное: биологи полагают, что по схожему механизму зарождаются нейродегенеративные заболевания – болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона. Не исключено, что клеточный стресс, например, повышение температуры может спровоцировать появление инфекционных белков у человека.
«Показано, что, как и прионы, белки, провоцирующие заболевания Альцгеймера и Хантингтона, могут передаваться от клетки к клетке через цитоплазму», -- говорит Татьяна Чернова. Она обращает внимание, что, теоретически, болезнью Альцгеймера можно заразиться так же, как и прионовой инфекцией -- через хирургический инструмент, например.
«Механизмы образования прионов у разных организмов очень похожи», -- завершает ведущий специалист. Поэтому биологи и уверены, что, изучая дрожжи, они могут разобраться в тонкостях и этих неизлечимых заболеваний.
Infox.ru следит за успехами Татьяны Черновой и ее коллег – учеников российской биологической школы, выпускников Санкт-Петербургского университета. Подробнее о ходе эксперимента и тонкостях молекулярно-клеточных процессов можно прочитать в статье, опубликованной в Molecular Cell.
