Яд паука остановит гибель нервных клеток — Naked Science
9 минут
ФизТех

Яд паука остановит гибель нервных клеток

4.1

Международная группа ученых, в состав которой входят сотрудники МФТИ, наглядно показала, что яд паука-кругопряда Argiope lobata можно использовать для блокировки активности нейрорецепторов мозга человека.

Яд паука остановит гибель нервных клеток / ©Пресс-служба МФТИ

Полученные результаты позволят создать препараты для лечения многих нейродегенеративных заболеваний. Исследование опубликовано в журнале Neuron.

Быстрая передача сигнала между нейронами нашего мозга в подавляющем большинстве случаев происходит за счет выброса передающим нейроном специального сигнального соединения — нейромедиатора, который воздействует на принимающий нейрон. В зависимости от эффекта, нейромедиаторы подразделяют на возбуждающие и тормозные. Нейромедиатор глутамат в головном мозге человека активирует нейроны за счет присоединения к специальным белкам, встроенным в мембрану, — глутаматным рецепторам — и открытия в них ионного канала, пропускающего положительно заряженные ионы.

Открытие каналов глутаматных рецепторов приводит к деполяризации мембраны и возникновению потенциала действия, который затем распространяется по отросткам нейрона. При заболеваниях нервной системы происходит излишняя активация глутаматных рецепторов, в особенности тех, которые хорошо проводят кальций. Попадание в принимающие нейроны слишком большого количества кальция запускает процессы апоптоза и приводит к гибели нервных клеток. Поэтому стоит задача разработки специальных блокаторов для регулирования этого процесса.

Исследователям удалось изучить молекулярную структуру комплекса глутаматного рецептора с тремя блокаторами, включая природный токсин аргиопин из яда паука-кругопряда Argiope lobata и два искусственных соединения. Химическая формула всех трех блокаторов состоит из двух частей: «головы», напоминающей остаток ароматической аминокислоты, и «хвоста» различной длины, включающего аминогруппы, соединенные алифатическими углеводородными линкерами. Наблюдения производились с помощью метода криоэлектронной микроскопии, за развитие которого в 2017 году была присуждена Нобелевская премия Жаку Дюбоше, Иоахиму Франку и Ричарду Хендерсону.

Рисунок 1: Химические формулы блокаторов глутаматных рецепторов, использованных в работе / Пресс-служба МФТИ
Рисунок 1: Химические формулы блокаторов глутаматных рецепторов, использованных в работе / Пресс-служба МФТИ

«Оказалось, что эти блокаторы проникают внутрь рецептора, когда тот открывается при действии глутамата, при этом они помещают свой положительно заряженный хвост в узкую отрицательно заряженную часть ионного канала — его селективный фильтр, обусловливающий способность пропускать только катионы. Пройти канал насквозь блокаторам не позволяет их голова, застревающая во внутренней полости рецептора», — объясняет руководитель работы Александр Соболевский, выпускник МФТИ и заведующий лабораторией в Колумбийском университете (Нью-Йорк, США).

Рисунок 2: Структура комплекса глутаматного рецептора и токсина паука Argiope lobata — ацилполиамина аргиопина. (A) Микрографическая картинка, полученная с помощью криоэлектронной микроскопии, где изображения нескольких молекулярных комплексов обведены для примера зелеными кругами (слева), и примеры усредненных изображений молекулярных комплексов (справа). (B) Структура поры ионного канала рецептора с молекулой аргиопина внутри. а / Пресс-служба МФТИ, рисунок предоставлен Эдвардом Твуми, бывшим студентом лаборатории А. Соболевского, ныне сотрудником Гарвардского университета

«Полученная информация может быть использована для создания селективных блокаторов глутаматных рецепторов, пропускающих ионы кальция и являющихся важной фармакологической мишенью в целом ряде заболеваний, включая боковой амиотрофический склероз (болезнь Шарко), эпилепсию, гибель нейронов при ишемии и нейродегенерацию при болезнях Альцгеймера и Паркинсона», — рассказывает Мария Елшанская, выпускник МФТИ и научный сотрудник Колумбийского университета.

«Примечательно, что в работе мы использовали токсин паука, открытый академиком Евгением Гришиным в 1986 году. Получается, что те вещества, которые паук использует для убийства жертвы, мы применяем для исследования основ функционирования нервной системы, они же помогут в создании новых лекарственных препаратов для лечения нейродегенеративных заболеваний», —добавляет Александр Василевский, преподаватель МФТИ и заведующий лабораторией в Институте биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН.

Здесь важно отметить, что токсины и их синтетические аналоги блокируют селективно те рецепторы, которые хорошо пропускают кальций. Они не влияют на непроницаемые для кальция рецепторы, наиболее важные для проведения нервных импульсов в мозге. Преимущество препаратов, которые будут синтезированы по образу и подобию токсинов, — в том, что они заблокируют только «патологические» рецепторы и не тронут физиологически важные.

Теперь, когда известно, как токсины и их синтетические аналоги связываются в канале глутаматного рецептора, химики смогут спроектировать новые, более эффективные блокаторы. Они будут препятствовать прониканию в принимающие нейроны излишнего кальция во время заболеваний нервной системы. Это спасет нервные клетки от гибели и восстановит нормальное функционирование нервной системы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
195 статей
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.
28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

30 сентября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Новейший истребитель пятого поколения F-35B, принадлежащий Корпусу морской пехоты США, потерпел крушение в Южной Калифорнии. Летчик успешно катапультировался.

29 сентября
10 минут
Мария Азарова

Помимо этого, удалось выяснить, как это извержение происходило и какую роль сыграло в развитии майяской цивилизации.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

25 сентября
10 минут
Мария Азарова

По словам авторов эксперимента, им удалось выявить у черных ворон важный маркер сознания — способности субъективно переживать события внешнего мира и собственной жизни.

30 сентября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Новейший истребитель пятого поколения F-35B, принадлежащий Корпусу морской пехоты США, потерпел крушение в Южной Калифорнии. Летчик успешно катапультировался.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

13 сентября
37 минут
Александр Березин

640 лет назад завершилось крупнейшее сражение средневековой Европы — битва на Куликовом поле. В конце XX века ряд историков заявил: это была мелкая незначительная стычка, а вовсе не масштабное событие, запустившее формирование единого русского государства. По их мнению, ни о какой борьбе Москвы с Золотой Ордой в этом сражении просто не могла идти речь: места на поле боя недостаточно. Получается, события, описанные в летописях, были почти полной выдумкой. Однако теперь ситуация вдруг развернулась на 180 градусов: оказалось, место сражения действительно лежит в Тульской области… но совсем на другом поле. И это заметно меняет всю историю Руси того времени. Попробуем разобраться почему.

7 сентября
5 минут
Илья Ведмеденко

Недавно запущенный китайский потенциально многоразовый космический аппарат вернулся домой. Как стало известно, перед этим от него отсоединился некий объект, предназначение которого неизвестно.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: