Российские ученые выяснили, какие из искусственных полимеров способны предотвращать «слипание» потерявших форму белков, ведущее к развитию ряда нейродегенеративных заболеваний, например болезни Паркинсона. Эти полимеры могут стать перспективными соединениями для разработки лекарств нового типа. Работа опубликована в журнале Polymers. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.
Электронная микрофотография амилоидных фибрилл альфа-синуклеина. Semenyuk et al / Polymers, 2020.
Важную роль в нормальной работе белков играет их правильная упаковка и, соответственно, пространственная структура. Под действием различных факторов: высокой температуры, радиации, растворов сильных кислот и щелочей — белки могут терять свою форму, то есть денатурировать. Это негативно сказывается на их работе, а также жизни клетки, а иногда и всего организма. Некоторые «испорченные» белки могут образовывать жесткие агрегаты — амилоиды, складывающиеся в длинные нити, или фибриллы. В такой форме они приобретают устойчивость к растворителям и накапливаются в клетке, а кроме того, способны «портить» другие белки. Амилоиды считают основной причиной болезней Альцгеймера и Паркинсона, некоторых форм сахарного диабета и многих других патологий. В организме восстановление правильной структуры белка обеспечивается сложной системой специальных белков-шаперонов. Их функции очень разнообразны, многие из них синтезируются в ответ на воздействие дестабилизирующих факторов, вызывающих денатурацию ферментов, при которой они теряют свою функцию. Другие шапероны обеспечивают сворачивание в правильную форму только что синтезированных белков, некоторые участвуют в транспорте белков по клеточным органеллам или утилизируют испорченные и неработающие ферменты.Сейчас ведутся активные разработки искусственных шаперонов. Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова обнаружили, что некоторые заряженные полимеры способны предотвращать агрегацию (слипание) белков в результате денатурации иногда даже эффективнее, чем природные шапероны.
«Мы решили проверить, будут ли эти полимеры так же работать по отношению к амилоидогенным белкам, например альфа-синуклеину, с агрегацией которого связана болезнь Паркинсона. Считается, что предотвращение образования амилоидов альфа-синуклеина поможет в лечении и профилактике этого заболевания. Мы выбрали спектр полимеров, различающихся по заряду, структуре и типу заряженной группы, и провели оценку их влияния на агрегацию альфа-синуклеина», — рассказывает кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ Павел Семенюк.
В ходе исследований ученые добавляли к альфа-синуклеину различные синтетические полианионы и поликатионы — полимеры, заряженные отрицательно или положительно соответственно. Скорость образования амилоидов, их количество и размер оценивали методом спектрофотометрии с использованием специальных красителей. При различии характеристик образцы по-разному поглощают свет. Структуру образованных частиц наблюдали в электронный микроскоп. Оказалось, что некоторые из исследованных полимеров подавляют амилоидную агрегацию и могут быть перспективными соединениями для разработки лекарств нового типа. Кроме того, в клетках нашего организма содержатся полимеры (гепарансульфат и другие гликозаминогликаны, содержащие сульфогруппу), похожие на протестированные учеными, поэтому информация о том, каким образом разные макромолекулы влияют на амилоидную перестройку и агрегацию альфа-синуклеина, важна для понимания причин развития заболеваний.
В работе также принимали участие сотрудники факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М. В. Ломоносова.