Бродячие белки вызывают генетические нарушения

Бродячие белки вызывают генетические нарушения
                Молекулы белка Glut1 (зеленые) появляются в основном внутри индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных от пациента. Кредит: Катрина Мейер, MDC

Приступы обычно начинаются в первые месяцы жизни. Однако часто требуются годы, прежде чем те, кто страдает от синдрома дефицита транспортера глюкозы 1-го типа (Glut1), получают правильный диагноз. Если заболевание не лечить, у детей, страдающих от развития, наблюдается задержка развития и часто возникают неврологические проблемы. Различные дефекты одного гена лежат в основе синдрома. Они заставляют белок Glut1 терять свою функцию в клеточной мембране: белок больше не транспортирует глюкозу из крови в мозг.
                                                                                       

Незначительные изменения в ранее мало замеченных гибких сегментах белка Glut1 могут привести к серьезным клеточным нарушениям — другие генетические нарушения могут быть вызваны тем же механизмом. Таковы результаты исследования, проведенного профессором Матиасом Сельбахом из Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка (MDC) и опубликованного в текущем номере журнала Cell.

Фундаментальная проблема

Команда Селбаха хотела ответить на основной вопрос: как дефектные гены вызывают болезни? В гене Glut1 есть много мест, где мутация может нарушить трехмерную структуру белка Glut1, что приведет к потере функции. Деформированный и искривленный, белок больше не может выполнять свою функцию в клеточном механизме и, таким образом, вызывает синдром. Тот же процесс работает при большинстве генетически обусловленных расстройств. «Но механизм, связанный с генетически детерминированными заболеваниями — или, другими словами, причиной на молекулярном уровне — часто неясен», — говорит Катрина Мейер, докторант в лаборатории Сельбаха.

По словам ученого, в одной пятой всех генетических заболеваний структура белка вообще не повреждена. В таких случаях, говорит она, мутация происходит в гибких петлях белков, которые до недавнего времени считались бесполезными, поскольку у них нет определенной структуры. Но внешность может быть обманчивой: «Эти так называемые внутренне нарушенные области (IDR) могут прижаться к другим белкам, как если бы они были мягкими подушками, манипулируя ими».

Многие клеточные процессы основаны на таких взаимодействиях между белками. Молекулы сцепляются друг с другом, как зубцы, передают энергию или перемещают рычаги и системы конвейерных лент. Даже один белок в неправильном месте может иметь серьезные последствия. Поэтому Мейер начал с изучения того, какие белки клетки вступают в контакт с гибкими мутированными белковыми областями.

Рассеянные белки вызывают генетические нарушения
                Катрина Мейер пробивает образцы из мембраны искусственными белковыми фрагментами. Кредит: Мартин Баллашк, MDC

Незначительные изменения с большим эффектом

Докторант сделал это, воссоздав 258 гибких белковых областей в пробирках — как «здоровых», так и связанных с болезнью — и затем добавив экстракты клеток человека. Следующим шагом было использование масс-спектрометрии для определения того, какие белки взаимодействуют с искусственными белками.

В эксперименте Мейера мутированные и «здоровые» регионы в основном пристыкованы к одним и тем же партнерам по связыванию. Но некоторые из мутированных белков полностью утратили эту способность или связались с другими белками и, таким образом, нарушили работу клеточного механизма. Некоторые генетические изменения даже влияют на внутриклеточный транспорт белка через этот процесс. Примером является мутация в гене белка Glut1, которая заставляет два специфических строительных блока белка, а именно лейцины, лежать рядом друг с другом, создавая так называемый мотив дилейцина. «Известно, что этот паттерн привлекает белки, которые помогают клетке транспортировать другие белки внутри ее организма», — говорит Мейер.

Правильный белок, неправильное место

Это был особенный момент, когда Мейер сделал это открытие. Может ли быть так, что у людей, затронутых этой мутацией, белок Glut1 не является дефектным, а вместо этого оказался в неправильном месте в клетке? «Если на сам белок это не влияет, а влияет только на транспортную функцию, есть вероятность, что можно устранить основную причину, а не только симптом», — объясняет Мейер.

Она провела поиск в базах данных и нашла пациента с синдромом дефицита Glut1, у которого в области белка содержалась мутация, создающая мотив дилейцина. Пациент пожертвовал ей клетки. В тестах на клеточных культурах Мейер показал, что мутированный белок Glut1 больше не присутствует на клеточной поверхности, где он поглощает глюкозу. Вместо этого белок находился внутри клетки, как будто он потерян.


            Рассеянные белки вызывают генетические нарушения
                Крупный план масс-спектрометра, который был использован для идентификации белков, которые связываются с областями мутированных неупорядоченных белков. Кредит: Дэвид Ауссерхофер/MDC

Клеточный аппарат, участвующий в отрывании пузырьков от клеточных мембран и транспортировке их внутрь клетки посредством эндоцитоза, частично отвечает за неправильное прохождение белка Glut1. Мейер смогла подтвердить свою гипотезу: когда она заблокировала этот процесс, белок Glut1 вернулся на поверхность клетки и возобновил поглощение глюкозы. «Теоретически это может быть заблокировано лекарствами», — говорит Мейер.

Новый механизм для многочисленных заболеваний

Эти лекарства еще не существуют, говорит Матиас Селбах, глава лаборатории, но это открытие имеет последствия не только для Glut1. При поиске в базах данных исследовательская группа обнаружила мотив дилейцина одиннадцать раз в гибких областях восьми белков, в том числе в белке, который вызывает метаболическое расстройство муковисцидоза.

«Мы определили многообещающую цель против широкого спектра заболеваний», — говорит Зельбах. «Я вижу здесь значительный потенциал для разработки новых лекарств». Будущие исследования должны будут определить, можно ли систематически бороться с этими заболеваниями с помощью блокаторов эндоцитоза.

Несмотря на то, что для правильной диагностики людей, страдающих синдромом дефицита Glut1, часто требуются годы, говорит Селбах, сейчас это относительно хорошо поддается лечению. Паста, хлеб и мороженое, однако, запрещены для пациентов. Они должны соблюдать строгую кетогенную диету, которая включает в себя отказ от продуктов, содержащих сахар и крахмал. Такой режим обычно приводит к прекращению судорог, потому что клетки мозга получают энергию из другого источника. «Но расстройство остается неизлечимым», — говорит Селбах. «И пациенты должны резко ограничить свою диету».

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *