Текст уведомления здесь

Синтез белков для безопасной медицины

Как уменьшить побочные эффекты лекарств

Почему у лекарств возникают побочные эффекты? Потому что они могут взаимодействовать как с целевыми рецепторами, отвечающими, например, за воспаление, так и с различными другими. Как можно сделать лекарства более специфичными, направленными на борьбу только с врагом? Рассказывает Анастасия Гусач, сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G-белком, МФТИ.
Добавить в закладки
Комментарии

Анастасия ГУСАЧ, сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G-белком, МФТИ:

— Сейчас мы находимся в лаборатории структурных исследований рецепторов, сопряженных с G-белком, в МФТИ. Наша лаборатория является достаточно молодой. Она появилась всего пять лет назад, но за это короткое время мы успели довести почти до конца уже много важных и значимых на мировом уровне проектов. Сейчас я расскажу немного о том проекте, которым занимаюсь лично.

Этот проект связан со структурными исследованиями рецепторов, связанных с воспалением. Для чего это нужно? Структуры высокого разрешения GPCR позволяют создавать высокоспецифичные лекарства, которые будут иметь минимум побочных эффектов. Побочные эффекты у лекарств возникают из-за того, что эти лекарства недостаточно специфичны. Т.е. они могут взаимодействовать как с целевым белком, так и с различными другими белками. Если мы, например, хотим создать лекарство для блокировки, блокады боли, а наше лекарство будет еще взаимодействовать с рецепторами, отвечающими за воспаление, то мы можем получить не только блокаду боли, но и воспаление, что является побочным эффектом. Мы этого не хотим. Поэтому мы желаем знать структуру нашего целевого рецептора с максимальным (т.е. атомным) разрешением. И после этого мы посмотрим на него, посмотрим на все остальные рецепторы и решим, чем же он такой особенный и как нам сделать лекарство, которое будет ориентировано только на него. Это задача медицины нового поколения. Сейчас она является очень актуальной.

Метод, который позволяет получать структуры белков с максимальным разрешением, на данный момент — это рентгеноструктурный анализ кристаллов белка. Однако белки, на самом деле, не хотят вставать в кристаллы. Они в наших клетках существуют просто в виде единичных молекул либо в виде комплексов. Мы изучаем мембранные белки, к примеру. Они встроены в мембрану. Нам нужно каким-то образом заставить их вставать в кристалл. Для того чтобы просветить их рентгеном и получить усиленную картинку дифракции, потому что картину дифракции от одной молекулы мы не отличим — у нее будет слишком маленькая интенсивность. А если таких молекул будет стоять очень много и в одинаковой ориентации, то интенсивность рассеяния данной молекулы будет увеличена во много-много раз. И мы сможем увидеть картинку дифракции, по которой мы восстановим первоначальную структуру молекулы.

Так вот, вся эта история начинается с производства белка, который пригоден для кристалла. Всем известно, что в нашем организме ДНК кодирует все белки, из которых мы состоим. Поэтому для того, чтобы изменить белки, нам нужно изменить последовательность ДНК. Мы хотим изменить наши белки таким образом, чтобы повысить вероятность кристаллизации. Поэтому на уровне ДНК мы должны сделать какие-то изменения. Мы вносим какие-то мутации: мы можем укоротить белок либо удлинить его. При этом всегда в последующем шаге мы контролируем то, что данный белок до сих пор функционален. Так вот, мы хотим сделать белок — мы берем последовательность ДНК и отдаем ее в клетки так, чтобы эти клетки затем произвели в большом количестве наш белок. Для этого в нашей лаборатории используются клетки насекомых. Также возможно использовать клетки человека (различные клеточные линии), клетки дрожжей, клетки бактерий. Но в случае наших белков GPCR нам нужны клетки эукариот, чтобы правильным образом фолдировать белки (которые при этом наиболее просты в работе).

Поэтому мы используем яйцеклетки насекомых, которые мы выращиваем в специальной комнате, где поддерживаются максимально «чистые», стерильные условия. Мы используем специальные шейкеры и производим наш белок в этих клетках. После того как мы сделали белок в клетках, мы должны его каким-то образом извлечь. Наш белок мембранный, поэтому нам его надо каким-либо образом добыть из клеточной мембраны. Для этого мы можем использовать такие молекулы, которые называются детергенты. По сути, это то же самое мыло, которое мы используем в быту для того, чтобы растворить жир, который у нас находится на посуде или еще где-то. Ведь клеточная мембрана состоит из липидов, что, по сути, тот же самый жир. Мы должны его удалить, и тогда мы получим наши целевые белки GPCR, силлабилизированные (как это называется по-научному), т.е. в растворенной в молекулах детергента форме.

После этого мы их концентрируем в очищенном виде и кристаллизуем. Для этого есть целый инструментарий методов — чтобы работать с мембранными белками. Мы используем т.н. липидную кубическую фазу, которая мимикрирует под нативную мембрану клетки. Таким образом, это может заменять нашему белку его природное окружение. Он себя чувствует комфортно, если можно так выразиться, и собирается в кристаллы. Эти кристаллы мы выращиваем в 96-луночных маленьких плашках. С помощью различных роботов мы подбираем условия кристаллизации. Затем с помощью специальных имиджеров мы ранжируем кристаллы по качеству — визуально и с помощью методов флуоресценции. Затем мы их везем на источник синхротронного излучения. Мы сотрудничаем со многими лабораториями мира — это Франция, Германия, США, Корея и др. Там мы тестируем наши кристаллы на очень мощных источниках рентгена (X-Ray) и получаем картины дифракции.

Затем ребята, которые специализируются в обработке данных, обрабатывают данные картины дифракции и с помощью разных методов получают те самые искомые структуры высокого разрешения в комплексе с какими-то лигандами. Лигандами для G-белок-сопряженных рецепторов являются различные малые молекулы. Также ими могут быть белковые молекулы или какие-то гормоны. Смысл в том, что клетке нужно как-то узнавать о том, что к ней пришла сигнальная молекула. Она должна как-то на это реагировать. Такими передатчиками этого сигнала как раз являются G-белок-сопряженные рецепторы. Когда вы, например, испугались и у вас выделился адреналин, это вещество взаимодействует с адренергическим рецептором, говоря клетке о том, что нечто произошло и нужно срочно реагировать. Посредством изменения конформации нашего рецептора передается сигнал внутрь клетки, происходит какое-то событие — например, выброс кальция или еще какое-то клеточное событие, которое уже дальше вызывает огромный каскад реакций, который происходит внутри клетки и приводит к клеточному ответу. Вот тем самым «бутылочным горлышком», которое передает сигнал от маленькой молекулы к целой большой клетке, является как раз наш рецептор.

На данный момент наши исследования уже находятся на стадии структур и функциональных тестов. Я еще скажу пару фраз о том, зачем нам нужны функциональные тесты. Когда мы кристаллизовали наши рецепторы, мы их как-то изменяли для того, чтобы они закристаллизовались. Но ведь нам нужны структуры тех самых первых рецепторов, которые есть у нас в организме, а не тех рецепторов, которые мы поменяли для того, чтобы было легче с ними работать. Нам нужно убедиться, что наши закристаллизованные рецепторы аналогичны по функциональным свойствам рецепторам дикого типа. Поэтому мы делаем различные тесты, где мы сравниваем первоначальный рецептор и закристаллизованный рецептор. Мы видим, что на самом деле, несмотря на то что мы внесли модификации, они реагируют на лиганды одинаково. Они одинаково себя ведут в клетке. И поэтому мы можем с хорошей степенью уверенности сказать, что это та самая структура, которая нужна для разработки лекарств. И сейчас мы уже думаем про то, как наши структуры помогут в создании новых лекарств для наших целевых рецепторов. Мы надеемся, что это поможет в будущем разработке лекарств.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы
Фрагмент Королевских ворот в Хаттусу, столицу Хеттской империиStylone / Фотодом / Shutterstock

Бронзовый коллапс, или Куда делись все эти люди

Чем был вызван кризис средиземноморских цивилизаций три тысячи лет назад

В конце второго тысячелетия до нашей эры в Греции и на Ближнем Востоке — в Месопотамии, в Древнем Египте, в Сирии, в Малой Азии — творились очень странные дела. Великие царства бронзового века одно за другим уходили в небытие, из ниоткуда появлялись новые народы, хроники повествовали о нашествиях, голоде и прочих бедствиях. Историки долго предпочитали винить во всем «народы моря», но теперь, благодаря археологическим данным, полученным в последние годы, у нас, кажется, есть основания иначе отвечать на вопрос, кто виноват в коллапсе «бронзовых» цивилизаций.
Добавить в закладки
Комментарии

Как рассказывает профессор Эрик Клайн из Университета Джорджа Вашингтона, директор Капитолийского археологического института, автор книги «1177 BC: The Year Civilization Collapsed», Средиземноморье позднего бронзового века представляло собой мир, очень похожий на современный, — глобализованное пространство с торговыми нитями, опутавшими всю ойкумену, то есть все страны, составлявшие на тот момент европейскую цивилизацию.

Торговые и культурные связи второго тысячелетия до нашей эры обеспечивали единый высокий технологический уровень городов Греции и Ближнего Востока во всем: в кораблестроении, в архитектуре, в обработке металлов. Чтобы показать протяженность и устойчивость торговых путей бронзового века, достаточно сказать, что олово для выплавки бронзовых изделий поступало, скорее всего, из Афганистана, а медь брали на Кипре.  Города были оснащены системами водоснабжения, инженерный уровень которых античным грекам тысячу лет спустя и не снился.

Все это откатилось назад со страшной скоростью в кратчайшие по меркам истории сроки, чтобы сбросить с древнего мира бронзовый век и позволить ему войти в новый век — железный, в ту историю, которую мы изучаем в школе.

За относительно короткое время — в древнеегипетских надписях зафиксирован промежуток от 1207 до 1177 года до нашей эры — весь прекрасный бронзовый мир растворяется. Торговые связи рушатся. Из известных нам царств бронзового века в более-менее нетронутом виде остается Египет, который теряет контроль над Сирией и Палестиной. Вавилон и Ассирия сохраняют разве что локальное значение. Исчезает микенская цивилизация. Разрушена Троя. [ ... ]

Читать полностью

Испытание невесомостью

Что такое сухая иммерсия и зачем она нужна

Невесомость негативно влияет на человека: наш организм приспособлен к гравитационному притяжению. При длительном пребывании в космосе могут атрофироваться мышцы, снижается нагрузка на сердце, кровь начинает по-другому распределяться по телу. В Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН изучают то, как можно компенсировать негативное воздействие невесомости, которое ставит людям ограничения для полета в космос.
Добавить в закладки
Комментарии

Одна из разработанных моделей, которая позволяет воспроизводить невесомость на Земле и проводить различные эксперименты, — сухая иммерсия. Изначально иммерсия была «мокрая»: первых испытателей помещали в бассейн и человек находился в воде без опоры. Но оказалось, что это небезопасно: портится кожа, выделяются кожные жиры. После этого в ИМБП РАН придумали модель сухой иммерсии. Вода при этом покрывается специальной пленкой, и человек, находясь также в безопорном пространстве, не контактирует с жидкостью напрямую. Конструктор ЦНИИ РТК и популяризатор космонавтики Александр Хохлов участвовал в космическом эксперименте на протяжении пяти дней. Он рассказал, как воздействует на организм сухая иммерсия, зачем проводятся такие исследования и что он чувствовал до и после пребывания в «невесомости».

Александр ХОХЛОВ, конструктор ЦНИИ РТК, популяризатор космонавтики:

— Сухая иммерсия — это одна из моделей невесомости, которая используется для проведения экспериментов, для разработки методик здесь, на Земле. Конечно, идеально изучать невесомость в космосе. [ ... ]

Читать полностью

Плавучие университеты: точка роста

Как объединить вузы, академическую науку и индустрию

Плавучие университеты – это не только возможность соединения вузовской и академической науки, но и подготовка молодых исследователей, возможность совершать новые открытия в самых различных сферах, а также продвижение российской науки и высшей школы на мировой арене.
Добавить в закладки
Комментарии

12 ноября в пресс-центре информационного агентства ТАСС состоялась дискуссия  «Плавучие университеты: точка роста. Как объединить  вузы, академическую науку и индустрию», организованная порталом «Чердак» (www.chrdk.ru) при поддержке  Министерства науки и высшего образования РФ.

В дискуссии принимали участие доцент кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых МГУ, один из основателей успешно работавшего плавучего университета МГУ Григорий Ахманов, владелец первого в России частного НИС «Картеш» Сергей Бедаш, а также представители Гагаринского плавучего университета. Кроме того, в дискуссии принимают участие начальник отдела координации и обеспечения деятельности научно-исследовательского флота, полигонов и экспедиций Евгений Наумов и заместитель директора Департамента координации деятельности научных организаций Наталия Голубева.

Модератором выступил член Общественного совета Минобрнауки, обозреватель ИД «Комсомольская правда», заведующий лабораторией НИУ ВШЭ Александр Милкус.

[ ... ]

Читать полностью