научная статья по теме О ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АМИЛОИДАХ МЫШЕЧНЫХ БЕЛКОВ СЕМЕЙСТВА ТАЙТИНА Биология

Текст научной статьи на тему «О ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АМИЛОИДАХ МЫШЕЧНЫХ БЕЛКОВ СЕМЕЙСТВА ТАЙТИНА»

БИОФИЗИКА, 2012, том 57, вып. 5, с. 751-755

МОЛЕКУЛЯР НАЯ БИОФИЗИКА=

УДК 577.3

О ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АМИЛОИДАХ МЫШЕЧНЫХ БЕЛКОВ

СЕМЕЙ СТВА ТАЙТИНА

© 2012 г. З.А. Подлубная* **, А.Г. Бобылёв*

* Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Pоссийской академии наук, 142290, Пущино Московской области, ул. Институтская, 3;

**Пущинский Государственный естественно-научный институт, 142290, Пущино Московской области, просп. Науки, 3 E-mail: роЛыЬпауа@ iteb. ru Поступила в p едакцию 29.06.12 г.

В обзоpе даны основные xаpактеpиcтики амилоидозов, конфоpмационныx болезней человека и животных. Обcуждаютcя cвойcтва амилоидов, обpазуемыx белками cемейcтва тайтина, и их функциональная pоль на пpимеpе зимней спячки млекопитающих.

Ключевые слова: амилоидозы, амилоиды, белки семейства тайтина, зимняя спячка

Амилоидные агрегаты - основной признак амилоидозов, конформационных болезней человека и животных, наступающих в результате наследственного или приобретенного нарушения свор ачивания белка. Амилоидные агрегаты можно разделить на два класса: амилоидные фибриллы, представляющие собой высокоупо-рядоченные структуры, и аморфные агрегаты, не имеющие упорядоченной структуры. Амилоидные агрегаты имеют ряд специфических тинкториальных и физико-химических характеристик (способность связываться с красителями Конго красным и тиофлавином Т, богатая в-складчатостью структура, двойное лучепр елом-ление в поляризованном свете, нерастворимость в большинстве растворителей и устойчивость к протеазам) [1-3].

Накопление белка в виде амилоидных агрегатов связано с рядом тяжелых и неизлечимых заболеваний человека. Эти заболевания включают амилоидоз, связанный с гемодиализом, диабет II типа, болезни Паркинсона, Хантингтона, Альцгеймера и др. [1,3-6].

Возро сший интерес к проблеме амилоидозов мозга объясняется тем, что сейчас эти болезни -главная причина смерти после сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, а по данным ВОЗ неврологические и психические заболевания в ближайшие 10-15 лет по числу больных могут выйти на первое место.

Изучение амилоидозов приобрело особую актуальность и в связи с распространением прионных болезней (прионных амилоидозов), таких как смертельные трансмиссивные энце-

фалопатии и среди них болезнь Крейтцфельд-та-Якоба, фатальная семейная бессонница у людей, а также энцефалопатии у крупного ро -гатого скота (бешенство коров, имеющее эпидемический характер), скрепи у овец, коз и прион-зависимые энцефалопатии у других животных и птиц.

Амилоидные отложения найдены при кар-диомиопатиях, миокардитах и миозитах в мышцах и кровеносных сосудах, однако их белковая природа до сих пор не изучена. Установление белковой природы амилоидных депозитов и их свойств, выяснение молекулярных механизмов амилоидозов, развитие терапевтических методов лечения и предупреждения этих заболеваний, а также разработка их прижизненной диагностики являются актуальными задачами. Одним из эффективных подходов к решению этих задач является изучение амилоидогенеза в системах in vitro: выяснение общих свойств амилоидов, обр азуемых разными белками, открытие факторов, регулирующих их образование и разрушение, их эффектов на жизнедеятельность клеток и т.д.

В нашей лаборатории были открыты амилоидные свойства у четырех белков скелетных и сердечной мышц. Показано, что белки семейства тайтина (тайтин, C-белок, X-белок, Н -белок), составляющие около 15% от общего количества саркомерных белков, способны формировать амилоидные фибриллы в условиях, близких к физиологическим [7,8]. Легкость, с которой эти белки формир уют амилоиды, обусловлена наличием в их молекулах ~90% ис-

ходной в-складчатой структуры, необходимой для образования амилоидов. В связи с тем, что амилоидные отложения находят и в кр овенос-ных сосуда х, одной из наших задач было про -должить исследования, направленные на поиск новых амилоидных белков в мышцах, и в частности, изучить амилоидные свойства гладко-мышечного белка смитина (аналога тайтина скелетных и сердечной мышц). Поскольку сми-тин имеет молекулярную структуру, подобную тайтину скелетных и сердечной мышц [9], он также был способен формировать амилоиды.

О сновная стр атегия терапии амилоидозов -разрушение амилоидных фибрилл или предотвращение их образования, поэтому в своих in vitro исследованиях мы уделили большое внимание изучению способности фуллерена Сб0 и его производных разрушать амилоиды мышечного X-белка в сравнении с амилоидами Ав-пептидов мозга, участвующими в патогенезе болезни Альцгеймера. Важность использования фуллерена Сб0 в этих исследованиях обусловлена наличием у него не только антиамилоидных свойств, но и таких положительных свойств, как нейропротекция и сильные анти-оксидантные свойства [10-12], что важно при дальнейшем его применении.

Для тестирования антиамилоидного эффекта фуллерена Сб0 и его производных чаще всего использовался мышечный X-белок, благодаря его способности in vitro строить спирально скрученные амилоидные фибриллы, подобные спиральным амилоидным фибриллам Ав-пептидов мозга, формирование и разрушение которых можно легко оценивать с помощью электронной микроскопии. Этим методом была показана способность гидратированного фуллерена Сб0 разрушать амилоидные фибриллы X-белка и Ав-пептидов мозга [8]. Однако низкая растворимость гидратированного фуллерена Сб0 затрудняла его использование как потенциального препарата для эффективной антиамилоидной терапии. Это стимулировало наши исследования антиамилоидного эффекта водорастворимых производных фуллерена Сб0 на амилоидные фибр иллы мышечного X-белка в ср авнении с их эффектом на амилоидные фибриллы Ав-пеп-тидов мозга. Наши исследования показали аналогичные антиамилоидные эффекты этих про -изводных фуллерена на амилоидные фибриллы мышечного X-белка и А в-пептидов мозга. Эти результаты открывают возможность тестирования действия антиамилоидных препаратов на амилоидные агрегаты Ав-пептидов мозга, используя для этого вместо Ав-пептидов мозга амилоиды X-белка.

Вопрос, касающийся механизма действия амилоидных фибрилл на органы и ткани, до сих пор остается нерешенным. Исследования показали, что амилоидные агрегаты разных белков и пептидов проявляют токсические свойства, вызывая нарушение жизнедеятельности клеток и их гибель [13-16]. Однако неизвестно, чем обусловлена их токсичность - механическим повреждением клеток, связанным с накоплением амилоидных отложений, или особым молекулярным механизмом их взаимодействия внутри клетки. В случае с системными амилои-дозами возможно, что большое количество амилоидного материала, откладывающегося в таких органах, как печень или селезенка, вызывает нар ушение их функции и приводит в конечном итоге к необходимости хирургического вмешательства и трансплантации органа для спасения жизни пациента [17]. В других случаях даже малые включения амилоидов, если они расположены в стратегически важных областях организма, таких как сердце или нервная ткань, также могут вызывать деструктивный эффект за счет того, что они занимают про стр анство в данном о ргане или ткани [18,19]. Гистологические подтверждения или систематические наблюдения, указывающие на то, что амилоидные включения вызывают воспалительную реакцию, отсутствуют. Наблюдается очень существенное различие среди пациентов, как в степени накопления амилоидов и прогрессирования ами-лоидоза, так и в степени нарушения функций соответствующих органов. В случае с патологиями мозга, такими как болезнь Альцгеймера, было высказано предположение, что протофиб-риллы или их олигомерные предшественники являются особо патогенными и служат основной причиной болезни [20,21]. Они обладают цитотоксическим действием и р азрушают нейроны, в то время как последующее накопление фибриллярного материала вызывает главным образом механические повреждения. Однако было показано, что изолированные амилоидные фибриллы обладают токсическим эффектом, вызывая клеточную гибель через некроз или апоптоз [20,21]. Одна из теорий нейрональной дегенерации при болезни Альцгеймера рассматривает проникающую способность амилоидных образований в клетку с последующим включением апоптозного механизма клетки [13]. При этом амилоидный пептид (Ав-пептид) накапливается в местах контакта нейронов, формируя упорядоченные тяжи, которые образуют так называемые «амилоидные бляшки».

Накопление токсичных олигомер ов и про -тофибрилл вызывает разрушение митохондри-альных и цитоплазматических мембран, приво-

О ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АМИЛОИДАX МЫШЕЧНЫX БЕЛКОВ

753

дя к появлению пор и высвобождению цито-xpома c с последующей активацией апоптозного каскада [13]. Таким образом, транслокация через митохондриальную мембрану неправильно свернутых белков может быть пр ичиной гибели клеток через апоптозный механизм. Также существуют данные о том, что токсичность А ß-пептида мозга является зависимой от т-белка, хотя механизм этой токсичности пока до конца не выяснен [22,23].

Остается открытым вопрос о том, какие амилоидные агрегаты более токсичны, олиго-мер ы и пр отофибр иллы или зрелые фибр иллы. Одни авторы показывают, что зрелые фибриллы Aß-пептида и транстиретина нетоксичны [24,25]. Другие авторы [26] указывают на то, что токсичны как зр елые фибриллы Aß-пепти-да, так и его олигомеры, отмечая, что токсичность связана с длиной амилоидных фибрилл Aß-пептида: чем длиннее фибр иллы, тем они более токсичны.

Диагностика большинства амилоидозов посмертная. Генезис этого заболевания, при котором возможно поражение любых органов и тканей и, следовательно, возникновение разно-обр азной клинической симптоматики, остается до конца неясным. Возможно, пр ичиной является спонтанное развитие амилоидоза, или наследственная передача болезни. Патогенез амилоидоза до конца не изучен, клинические про -явления разные и не всегда четко очерчены, лечение малоэффективно и редко диагностируется при жизни. Выяснение молекулярных механизмов амилоидозов, установление белковой природы депозитов и их свойств, развитие терапевтических методов лечения и предупреждения этих заболеваний, а также разраб

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»