Ученые узнали, как белки шапероны помогают восстановлению тканей после инсульта
Коллектив российских ученых опубликовал обзор научных исследований, посвященный поведению белков шаперонов в тканях головного мозга, поврежденных ишемией (недостатком кровоснабжения). Основное внимание исследователи уделили внутренней защите белков от окислительного процесса, а также их работе в фазе реперфузии — комплекса клинических проявлений восстановления кровообращения.
Результаты работы опубликованы в журнале Frontiers in Molecular Neuroscience. Инсульт — опасная и распространенная патология мозга, одна из ведущих причин смертности и инвалидности во всем мире. По данным Всемирной организации по борьбе с инсультом за 2019 год число новых случаев ишемического инсульта составило 7 630 803, что близко к численности населения Гонконга. Число людей, перенесших хотя бы один инсульт, достигло 77 192 498, что приближается к численности населения Германии.
Ишемический инсульт вызывает прогрессирующее поражение сосудов сердечно-сосудистой системы. С точки зрения эволюции инсульт — болезнь-невидимка, так как поражает людей преимущественно после окончания репродуктивного периода, что позволяет генам, повышающим вероятность инсульта, передаваться потомству. Однако при ишемии клетки мозга в качестве реакции на серьезную нехватку кислорода применяют самые разнообразные механизмы.
Во-первых, эти механизмы подразумевают быстрый переход на анаэробные (бескислородные) пути выработки АТФ — аденозинтрифосфата, основного источника энергии клеток. Происходит общее снижение энергозатрат. Во-вторых, клетка задействует системы, сохраняющие структурную целостность, которой угрожает накопление водорода H⁺, кальция Ca²⁺ и избыточное образование свободных радикалов.
Для организма одной из основных задач во время ишемии является сохранение целостности синтезированных белков, поскольку функционирование протеома (совокупность белков, производимых клеткой) является ключевым фактором, определяющим все клеточные процессы, в том числе и ее восстановление. Молекулярные помощники, способствующие сохранению целостности белков как в физиологических, так и в патологических условиях, называются шаперонами.
Шапероны включают в себя более 300 белков, образующих несколько обширных семейств и суперсемейств в соответствии с особенностями и функциями их членов. Наиболее изученные из них, белки теплового шока (HSP), которые имеют долгую историю. Их открыли в 1960-х годах, а первые клинические испытания препаратов, регулирующих HSP, стартовали в начале 2010-х.
В целом функции шаперонов особенно важны для клеток мозга, которые являются очень сложными с точки зрения структурной и функциональной организации. Известно, что молекулярные шапероны оказывают благотворное влияние при многих заболеваниях мозга, включая ишемический инсульт. Однако остается неясным, оказывают ли они антиоксидантную защиту при инсульте и каким образом.
«Наша работа посвящена общему обзору функционала и поведения достаточно большого класса белков — шаперонов. Отдельные белки этого класса были известны давно. Но именно сейчас у нас есть возможность рассмотреть их все как нечто схожее, как единый класс. Например, поделить их на функциональные группы и определить их поведение в зависимости от ситуации. Это позволит ответить на основной вопрос: какие белки этого большого класса будут активированы и иметь значение в разных механизмах, одновременно протекающих в поврежденных сердечных тканях», — рассказал об исследовании Давид Наимзада, научный сотрудник лаборатории анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ.
Традиционно считается, что шапероны обеспечивают исключительно гомеостаз (сохранение динамического постоянства внутренней среды) протеома. Однако некоторые авторы используют термин «липидные шапероны» для обозначения молекул, избирательно участвующих в транспортировке липидов, которые формируют клеточные мембраны.
Аналогичным образом существует группа металлошаперонов, облегчающих внутриклеточный транспорт ионов металлов к другим белкам. То есть их функции достаточно широки. Однако в силу этого большого разнообразия ученые сосредоточились только на «оригинальных» шаперонах: тех, которые борются с окислительным стрессом, и механизмах их антиоксидантного действия.
Авторы работы обобщили их роль во внутренней защите протеома от окислительного стресса, уделяя особое внимание сворачиванию и разворачиванию субстратов и регуляции образования свободных радикалов.
«Во время инсульта прекращается кровоток, и нашим организмом запускается целый ряд механизмов, которые направлены на то, чтобы подготовить ткани к будущей репарации и максимально сберечь их в данный момент. Во время инсульта какие-то зоны повреждаются более глубоко, и их необходимо быстрее реанимировать, а какие-то пограничные зоны, наоборот, нужно сохранить. Поэтому работа белков в разных тканях различна.
В целом это сложный процесс управления в зависимости от текущей ситуации. Например, там, где наблюдается глубокое отсутствие АТФ — аденозинтрифосфата, с помощью которого клетки запасаются и используют энергией, АТФ независимые шапероны играют большую роль в восстановлении. То есть наличие АТФ используется как маркер для активации тех или иных шаперонов», — прокомментировал Давид Наимзада.
Ученые также выделяют несколько типов белков шаперов в зависимости от их функций. Например, клетки привлекают белки Hsp60 и Hsp70 для обеспечения правильного сворачивания вновь синтезированных белков — эти факторы необходимы для раннего ишемического ответа. Кроме того, Hsp70 активирует некоторые специализированные антиоксидантные пути.
Некоторые шапероны могут предотвращать чрезмерное образование активных форм кислорода, тогда как Hsp90, как предполагается, отвечает за прооксидантные эффекты при ишемическом инсульте. Наконец, термостойкие скрытые белки (Hero) способны защищать клеточные белки, тем самым предотвращая их возможное переокисление. В исследовании ученые старались как можно шире взглянуть на шапероны и вычленить их поведение и роль непосредственно в условиях ишемического инсульта.
В проекте приняли участие сотрудники НИУ «БелГУ», Сеченовского университета, КГМУ, лаборатории анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения Института биофизики будущего МФТИ, Научного центра биомедицинских технологий Федерального медико-биологического агентства России.
Схема окислительного стресса и переокисления протеома при ишемическом инсульте. Обычно здоровый протеом поддерживается сбалансированной трансляцией, модификацией и утилизацией белков в гомеостатических условиях. В месте ишемии снижение кислорода провоцирует митохондрии на высвобождение избыточного супероксида. Этот процесс дополнительно усиливается дисбалансом Ca²⁺ в результате истощения АТФ. Развитие окислительного стресса приводит к переокислению протеома, тем самым усложняя функционирование белков.
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?
Современные люди проводят днем неподвижно столько же времени, сколько и охотники-собиратели. Но делают это сидя, а не на корточках, как их предки. Физиология человека не адаптирована к сидению, а физические возможности цивилизованных людей — к длительному пребыванию на корточках. Теперь исследователи рассчитали часть цены, которую мы платим за проблему длительного сидения.
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