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 Хотя сам факт наличия непонятных объектов на снимках, которые американские астронавты сделали на Луне, известен давно, десятилетиями их списывали на химические дефекты светочувствительной эмульсии фотопленки или блики света в линзах камер. Новая публикация на сайте Пентагона признает их реально существующими объектами, хотя и не делает выводов о их природе.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
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