Яд паука остановит гибель нервных клеток

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.

4 860

Выбор редакции

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).

 

«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.

 

Рисунок 2: Структура комплекса глутаматного рецептора и токсина паука <em>Argiope lobata</em> — 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

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

 

«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.

Naked Science Facebook VK Twitter
Физтех
96Статей
Московский физико-технический институт (МФТИ). Блог о последних научных открытиях ученых МФТИ и других российских вузов и исследовательских центров в различных областях науки, от астрофизики до генной инженерии.
4 860
Комментарии
Аватар пользователя Константин Круглов
3 ч
Вот только фотки Гивчиком (©Givchik11435)зачем то...
Аватар пользователя Алексей Ковалев
5 ч
А что будет , если насрать плешивому на голову и...
Аватар пользователя Виктор Зубков
9 ч
Простое и понятное объяснение принципа работы...

Колумнисты

Физтех
96Статей
Сколтех
35Статей
Discovery Channel
28Статей
СО РАН
6Статей
Комментарии

Быстрый вход

или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку