Ученые разработали эффективный способ синтеза паучьего токсина для создания обезболивающих
Яд перуанского зеленого бархатного тарантула Thrixopelma pruriens содержит токсин ProTx-I, который избирательно блокирует ряд каналов на мембране клетки. Поэтому токсин может стать новым анальгетиком, однако сначала нужно научиться получать его в больших количествах и в правильной форме. Новое исследование ученых Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и МФТИ с коллегами из других научных центров России и Китая сравнило методы наработки ProTx-I в бактериях.
Биомолекулы, находящиеся в малоисследованных животных, растениях и грибах все чаще становятся прототипами перспективных лекарственных средств. Среди них выделяются яды пауков — настоящая природная библиотека биологически активных молекул, способных точечно воздействовать на нервную и другие системы нашего организма. Среди множества паучьих токсинов выделяется группа ноттинов. Это небольшие пептиды длиной 20–50 аминокислотных остатков с очень стабильной структурой, которые избирательно меняют работу клеточных мембран и рецепторов.
Ноттины обладают высокой устойчивостью — их сложно разрушить нагреванием или химическим воздействием. Они также защищены от расщепления: большинство обычных белков быстро распадаются в нашем организме под действием ферментов. Ноттины же к ним невосприимчивы, что позволяет таким пептидам долго циркулировать в крови и оказывать биологическое действие. В новой работе изучен их представитель, паучий токсин ProTx-I.
Это вещество и близкие ему соединения часто рассматривают в качестве модели для создания анальгетиков нового поколения. Дело в том, что они действуют на ионные каналы, которые участвуют в восприятии и распространении болевых сигналов (NaV1.7, NaV1.8, TRPA1). Проведя структурные и функциональные исследования взаимодействия таких токсинов и каналов-мишеней, можно с помощью рационального дизайна создавать новые препараты для терапии боли и неврологических воспалительных синдромов.
По своей химической природе ProTx-I представляет собой небольшой белок (пептид) из 35 аминокислотных остатков. Молекулу стабилизируют дисульфидные мостики — связи между содержащими серу аминокислотами. Они формируют особый мотив, так называемый ингибиторный цистиновый узел. Подобную структуру затруднительно получить при искусственной наработке токсина с помощью микроорганизмов. Но это необходимо для изучения свойств молекулы. Биотехнологические методы получения также потребуются для производства в промышленных масштабах, если на основе ProTx-I будет создано новое лекарственное средство.
Этим практически значимым вопросом занялись ученые из ИБХ РАН, МФТИ, МГУ им. М. В. Ломоносова и Шэньчжэньского МГУ-ППИ Университета (Китай). Они сравнили разные способы получения ProTx-I с помощью трансгенных бактерий E. coli. Исследователи попытались синтезировать пептид в цитоплазме бактерии в составе слитых белков с тиоредоксином и глутатион-S-трансферазой, однако при таком подходе наблюдалось нарушение пространственной структуры ProTx-I. Результаты опубликованы в Acta Naturae. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Потребовались альтернативные подходы, которые и привели к успеху. Первый — прямая экспрессия белка в цитоплазме, но не в растворимом виде, а в составе телец включения. Так называют крупные нерастворимые агрегаты из молекул, которые появляются в бактериях при экспрессии чужеродных (рекомбинантных) белков. Однако в этом случае белковые молекулы требуется сначала «привести в порядок» — ренатурировать, чтобы придать нужную конформацию.
Другой успешный метод — секреция ProTx-I, слитого с белком, связывающим мальтозу, в периплазматическое пространство бактерии. Это «внешний отсек» у грамотрицательных бактерий, который находится между двумя их мембранами — цитоплазматической и внешней.
Далее активность полученного ProTx-I изучали с помощью ооцитов шпорцевой лягушки Xenopus laevis — модельных клеток, широко используемых для электрофизиологических исследований. Они позволяют понять состояние ионных каналов и рецепторов на мембране, которое легко заметить по изменениям проходящего через нее тока. В ооциты ввели гены, кодирующие каналы TRPA1 человека и крысы. Это хемочувствительный канал (отвечает на химические сигналы), который служит важной мишенью для таргетированной терапии болевых и неврологических воспалительных синдромов.
Оказалось, что чувствительность человеческих рецепторов к токсину в три раза ниже, чем у крыс. А в проведенных ранее исследованиях TRPA1 каналы мыши отвечали на ProTx-I слабее, чем человеческие каналы. Ученые считают, что различия в действии токсина на рецепторы из разных организмов связаны с заметными изменениями в аминокислотной последовательности внеклеточных петель канала TRPA1 (S1-S2 и S3-S4), которые являются основным сайтом связывания ProTx-I. Кроме того, выяснилось, что добавление всего одной лишней аминокислоты (метионин) в N-концевую последовательность белка значительно снижает активность токсина паука.
«Мы разработали эффективную систему бактериальной продукции токсина ProTx-I, и это открывает широкие перспективы для изучения того, как токсин влияет на функционирование канала. Например, полученные образцы сразу помогли нам выявить интересные особенности токсина. Изучая его влияние на ионные токи через мембраны ооцитов Xenopus, экспрессирующих каналы TRPA1 крысы и человека, мы выявили критическую роль N-концевого участка для функциональности токсина», — подчеркнула Екатерина Люкманова, профессор кафедры физико-химической биологии и биотехнологии Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Физики экспериментально подтвердили эффективность ионно-плазменного метода удаления радиоактивных загрязнений с поверхностей металлоконструкций ядерных реакторов. Новая технология позволяет очищать внутриконтурное оборудование от отложений сложного химического состава без образования опасных жидких радиоактивных отходов. Благодаря этому она даст возможность повторно использовать реакторные сплавы и снизит затраты на их переработку.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно