25 ноября
ФизТех
1

Сделан важный шаг к лечению болезни Альцгеймера

5.1

Ученые Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ в сотрудничестве с коллегами из Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и Исследовательским центром города Юлиха провели экспериментальное исследование перспективного лекарственного средства от нейродегенерации.

Сделан важный шаг к лечению болезни Альцгеймера / ©Getty images

Результаты исследований, поддержанных РНФ, опубликованы в Journal of Medicinal Chemistry и их можно назвать существенным шагом к решению застарелой проблемы всего человечества — лечению болезни Альцгеймера. Процесс старения включает в себя различные возрастные нейродегенеративные заболевания, нарушающие сложную сеть метаболических и сигнальных путей.

Болезнь Альцгеймера — самый распространенный в мире вид нейродегенеративного заболевания, которым ежегодно заболевает несколько миллионов человек, причем с возрастом вероятность развития этого вида деменции возрастает многократно. Сегодня уже более 50 миллионов человек во всем мире страдают от нейродегенерации, вызванной болезнью Альцгеймера, и ожидается, что из-за увеличения продолжительности жизни к 2050 году это число увеличится втрое.

Прошло уже 110 лет с тех пор, как болезнь была впервые описана Алоисом Альцгеймером как форма прогрессирующего нейродегенеративного и поведенческого расстройства. Несмотря на прогресс в науке и медицине, на обширные исследования и огромное количество информации, полученной по различным аспектам болезни, ее причины и молекулярные механизмы остаются в значительной степени неизвестными и по-прежнему не существует эффективного метода лечения и профилактики. Сейчас мы знаем, что клинические проявления болезни Альцгеймера объясняются избирательной дегенерацией нейронов в участках коры головного мозга, ответственных за когнитивное восприятие и память.

Рисунок 1. Схематическое изображение образования амилоидогенных пептидов Aβ (зеленым) построено с использованием экспериментально полученных структурных данных (номера структур по базе данных PDB указаны на схеме). Справа налево показан путь протеолитической деградации мембранного белка предшественника амилоида (amyloid precursor protein, АРР) с последующим образованием пептидов Aβ. Справа указаны наиболее распространенные семейные мутации, ассоциированные с ранним развитием болезни Альцгеймера (кроме A2T) / ©Рисунок авторов статьи

Известно, что в патогенезе болезни Альцгеймера задействованы различные пептиды и белки, в том числе амилоидогенные: прежде всего, бета-амилоидный пептид (Aβ), а также взаимодействующие с ним Тау-белок и прионный белок PrP. Вне нервных клеток, в местах контакта нейронов, накапливается пептид Aβ, который собирается в протяженные упорядоченные структуры — фибриллы, формирующие так называемые амилоидные бляшки.

В настоящий момент предложенные методы лечения основаны на разрушении внеклеточных отложений Aβ. Но это может привести к образованию гораздо более опасных малых сгруппированных вместе молекул пептида β-амилоида (олигомеров Aß), способных воздействовать на функцию белков, мембранных рецепторов и каналов, а также на нормальную работу внутриклеточных органелл, приводя к угнетению нейронов и клеточной смерти.

Биологическая роль пептида β-амилоида (Aβ) в норме (не при болезни) в значительной степени неизвестна. Тем не менее очень близкие формы пептида β-амилоида, отличающиеся на один или несколько аминокислотных остатков (изоформы Aβ) различной длины встречаются у людей независимо от возраста и наличия проявлений болезни. Пептиды Aβ могут играть роль в сигнальных путях в головном мозге и, вероятно, имеют нейропротекторные свойства при низких концентрациях.

Все изоформы пептидов Aβ склонны к олигомеризации, и именно олигомеры играют решающую роль в патогенезе болезни Альцгеймера, оказывая токсическое действие на нейроны и их органеллы. Поэтому профессором Дитером Вильбольдом был разработан так называемый D-энантиомерный пептид D3 и его производные для разборки и разрушения цитотоксических малых олигомеров Aβ. На данный момент одно из D3-подобных соединений находится в фазе II клинических испытаний.

В результате плодотворного многолетнего сотрудничества между МФТИ и Исследовательским центром г. Юлиха (Forschungszentrum Jülich, FZJ) исследователи выяснили как происходит взаимодействие пептидов на молекулярном уровне. Оказалось, что пептид D3, стабилизирующий мономер Aβ, динамически взаимодействует с прилегающей к мембране областью мембранного белка предшественника Aβ — CTFβ.

Рисунок 2. С использованием экспериментально полученных структурных данных представлено схематическое изображение действия пептида D3 (показан фиолетовым цветом) на CTFβ1-55 (мембрано-ассоциированный пептид в нижней части рисунка) с последующим образованием комплексов D3:Aβ1-42 (в левой верхней части рисунка, модели структур любезно предоставлены Dr. Jennifer Loschwitz) и ингибированием образования токсичных олигомеров Aβ (в правой верхней части рисунка) / ©Рисунок авторов статьи

Эдуард Бочаров, ведущий исследователь, рассказал: «Мы использовали структурные данные высокого разрешения, экспериментально полученные с помощью ЯМР, как граничные условия для молекулярного моделирования. Исследование показало, что D3 нацелен на амилоидогенную область Aβ. Мы предполагаем, что тем самым он подавляет ранние стадии приобретения пептидом Aβ β-конформаций, характерных для малых токсичных олигомеров».

Современные методы позволяют изучать неупорядоченные белки (intrinsically disordered protein, IDP), но при этом некоторые эксперименты были проведены на грани чувствительности приборов. Например, сбор сигнала в экспериментах ЯМР (метод ядерного магнитного резонанса) занимал до трех дней. Эксперименты по определению константы диссоциации IDP-IDP комплекса заняли несколько месяцев, и были использованы все доступные команде методы.

Иван Охрименко, заместитель заведующего лабораторией старения и возрастных нейродегенеративных заболеваний МФТИ, добавил: «Важно, что D3 и Aβ являются неупорядоченными белками. При взаимодействии D3 и Aβ образуется подвижный, но устойчивый IDP-IDP комплекс, в котором конформации обоих полипептидов постоянно изменяются с изменением паттерна их межмолекулярных контактов».

В результате проведенных исследований впервые была экспериментально получена атомарная структура D-пептида, представителя нового перспективного класса лекарственных средств, в комплексе с прекурсором Aβ. Детальное понимание структурной динамики неупорядоченных белков позволяет разработать лекарственные средства для лечения и профилактики болезни Альцгеймера. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Вчера, 15:56
Ольга Иванова

Исследователи из США объяснили, зачем нужна физическая активность в старости.

Вчера, 05:30
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

Позавчера, 14:37
Николай Цыгикало

Запуск в космос всегда динамичен. Ревущий старт, огромный факел огня, затихающий гром в небе. Первая ступень отработала и отделилась, отработала следующая, эстафета ускорения закончилась достижением орбитальной скорости на нужной высоте. Пуск ракеты завершен, заняв всего восемь – десять минут. Но выведение на этом не заканчивается. В работу вступает особая, космическая ступень. Именно она поднимает орбиту на большую высоту, начинает межпланетное путешествие, и решает много других задач. О ее сложной работе и больших возможностях – в нашем материале.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

4 дня назад
-
0
+
Полагаю, что стоимость производства такого препарата будет настолько высока, что им сможет воспользоваться только несколько процентов из больных Альцгеймером даже в развитых странах...
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: