Старение и некоторые болезни приводят к накоплению токсичных «залежей» белков с неправильной формой — с этим борются особые системы защиты. Изучая почвенного червя Caenorhabditis elegans, биологи смогли обнаружить совершенно новый механизм удаления белковых агрегатов, который может помочь с лечением некоторых болезней и даже с замедлением старения.
Старение сопровождается рядом негативных изменений в организме: накоплением мутаций, повреждением свободными радикалами, характерными изменениями клеток и так далее. Среди них выделяется накопление патологических белковых агрегатов. Дело в том, что белки иногда могут «ломаться», то есть приобретать неправильную форму, из-за чего формируют токсичные скопления и даже «заражают» этим так называемым неправильным сворачиванием соседние молекулы.
«Белковый хлам» возникает не только по мере старения: он также связан с развитием опасных и до сих пор неизлечимых нейродегенеративных заболеваний — например, болезни Альцгеймера или Паркинсона.
Для предотвращения подобных проблем в процессе эволюции возникло несколько защитных систем, которые в разных тканях работают по-разному. Именно с тканевой специфичностью и механизмами удаления «сломанных белков» решили разобраться авторы новой статьи в журнале PLOS Biology — и неожиданно для себя открыли новый способ устранить белковые агрегаты.
Биологи рассмотрели почвенных нематод C. elegans — стандартную модель для многих исследований. Они присоединили флуоресцентную метку к специфическим белкам в двух типах мышечной ткани червей: гладкомышечной в гортани и поперечно-полосатой ткани мускулатуры стенки тела. За счет первых мышц нематода глотает свою пищу, за счет второй меняет форму тела и движется через толщу почвы.
Далее ученые «нокаутировали» гены, которые отвечают за три разных системы контроля качества белка и защищают ткани червя от превращения в свалку «белкового мусора». Это молекулярные шапероны, помогающие белкам сохранять правильную форму; протеасомы, уничтожающие сломанные молекулы; макроаутофагия — разрушение белков и других компонентов клетки в особых органеллах (лизосомах).
Такие казалось бы полностью лишенные защиты от белковых агрегатов ткани червей повели себя очень странно. Если в мышцах стенки тела, как и следует ожидать, белковых агрегатов стало больше, то в глотке червя их число только снизилось. Разбираясь с причинами, биологи описали совершенно новый путь удаления «белкового хлама», который работает в глотке червя, — его назвали SAPA (safeguard against protein aggregation, или «защита от белковой агрегации»).
Молекулярные механизмы этого процесса пока не известны. Однако авторам удалось выяснить, что в SAPA задействованы некоторые гены, которые также защищают клетки от патогенов.
Отметим, что SAPA работает в клетках и тканях C. elegans даже в молодом возрасте. Открытие имеет особое значение, поскольку в будущем может помочь найти способы замедлить развитие многих болезней и даже старение.