Сахарный диабет 1-го типа – аутоиммунное заболевание, часто развивающееся в детском возрасте. Долгое время оставалось загадкой, почему иммунная система внезапно начинает воспринимать как враждебные клетки, вырабатывающие гормон инсулин, но сейчас картина начинает проясняться. Более того, открывается возможность отсрочить или даже остановить развитие этой болезни
При сахарном диабете 1-го типа иммунные Т-клетки ошибочно уничтожают бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, которые вырабатывают гормон инсулин – белок (точнее, полипептид), необходимый для регуляции уровня сахара в крови. Без лечения эта болезнь смертельна: чтобы жить, таким людям требуется постоянное медицинское наблюдение и пожизненный прием инсулина.
Долгое время считалось, что при развитии аутоиммунной реакции иммунные клетки начинают по неизвестной причине атаковать обычные молекулы инсулина. Однако ученые из Медицинского кампуса Университета Колорадо Аншутц и Центра детского диабета Барбары Дэвис (США) выяснили, что это не так.
Ранее исследователи показали, что Т-клетки распознают не чистый инсулин, а гибридные инсулиновые пептиды (hybrid insulin peptides, HIP). Эти молекулы представляют собой соединенные между собой фрагменты аминокислотной последовательности инсулина и других белков. Поскольку такие гибриды не встречаются в организме в норме и не закодированы в ДНК, иммунная система распознает их как чужеродную структуру и начинает атаку.
Процесс образования гибридных инсулиновых пептидов происходит в островках Лангерганса в результате химической сшивки фрагментов препроинсулина (предшественника инсулина) с различными пептидами бета-клеток. Этот механизм был детально изучен на мышах линии NOD – наиболее изученной животной модели сахарного диабета 1-го типа у человека. Поиск конкретных гибридных пептидов, запускающих иммунную реакцию, был крайне сложным из-за огромного количества возможных комбинаций сшитых белков. Однако после многолетней работы ученым удалось вычислить те структуры, которые превращают обычные Т-клетки в «убийц» бета-клеток.
Результаты экспериментов на мышах были подтверждены в исследованиях на больных с недавно развившимся диабетом 1-го типа. Уровень Т-клеток, реагирующих на гибридные пептиды, у них оказался значительно выше, чем у здоровых людей из контрольной группы. Решающим доказательством стало исследование тканей донорских органов. Выделив Т-клетки непосредственно из остаточных островков Лангерганса больных диабетом 1 типа, ученые обнаружили, что значительная их часть нацелена на находившиеся там гибридные инсулиновые пептиды.
На новом этапе работы ученые вернулись к исследованиям на животных, чтобы детально изучить механизмы формирования молекул гибридных пептидов и способы предотвратить их образование.
Как известно, молекула препроинсулина состоит из трех аминокислотных цепей – A, B и соединяющего их C-пептида, который затем расщепляется, образуя активный инсулин и С-пептид. Как выяснилось, все обнаруженные патогенные гибридные молекулы инсулина содержали фрагмент С-пептида, заканчивающийся остатком аминокислоты лейцина. Именно он служил «крючком» при соединении с другими белками бета-клеток, создавая в результате чужеродный для организма полипептид – «мишень» для атаки иммунитета. В опытах на мышах NOD было установлено, что в образовании таких гибридных инсулиновых пептидов участвует фермент катепсин D.
В экспериментах «в пробирке» исследователи заменили в человеческом С-пептиде лейцин на другую аминокислоту – изолейцин. Этого изменения оказалось достаточно, чтобы блокировать способность катепсина D «сшивать» белки в опасные гибриды.
Чтобы оценить эффект такой замены в живом организме, были созданы генно-модифицированные мыши NOD с соответствующей точечной мутацией в одном из двух генов, кодирующих инсулин. В отличие от человека и большинства других млекопитающих, у мышей в ходе эволюции произошла дупликация гена, кодирующего этот гормон, и эти копии расположены на разных хромосомах.
Результат оправдал ожидания. Масс-спектрометрический анализ подтвердил, что образование гибридных инсулиновых пептидов в поджелудочной железе таких мышей резко сократилось, активация агрессивных Т-клеток снизилась и развитие диабета существенно замедлилось. Через год наблюдений 43% животных оставались здоровыми, что более чем в 4 раза больше, чем в контрольной группе!
Успешная блокировка патологического процесса с помощью замены всего одной аминокислоты доказала критическую роль гибридных пептидов в патогенезе заболевания. Сейчас исследователи пошли дальше и модифицировали оба гена инсулина у модельных животных. Судя по предварительным данным, в этом случае образование гибридных инсулиновых пептидов снижается на 80–100%.
Новое открытие закладывает фундамент для создания методов терапии, направленных на устранение причины болезни, а не только ее последствий. В перспективе блокировка синтеза гибридных инсулиновых пептидов (или «переобучение» иммунной системы с целью их игнорирования) может стать основой лечения, позволяющего предотвратить разрушение поджелудочной железы до появления клинических симптомов. Другими словами, речь идет о возможности замедлить или даже полностью остановить развитие болезни на ранней стадии. Стоит добавить, что и сам руководитель этого проекта, и один из его исполнителей сами болеют сахарным диабетом 1-го типа, и для них решить эту задачу – еще и личное дело.
Фото: https://commons.wikimedia.org
Публикации по теме:
Клеточная терапия сахарного диабета: новый прорыв – новые надежды
Cахарный диабет – эволюционная ловушка?