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

Турбодетандер, шустрый гелий и спасенный Ландау

Что еще мы знаем о Петре Капице

17 октября 1978 года советский ученый Петр Капица получил Нобелевскую премию за работы по физике низких температур. А чем еще он нам запомнился?
Добавить в закладки
Комментарии

Магнитные поля и Капица в рамках погрешности

Капица — ученик сразу двух ученых, почитаемых за «отцов физики». Первым был Абрам Иоффе, воспитавший первое поколение советских физиков: кроме Капицы у него, например, учились Курчатов, Семенов, Александров. Вторым — Эрнест Резерфорд, среди воспитанников которого 12 (!) нобелевских лауреатов по физике и химии, включая и самого Капицу. К Резерфорду Капица отправился в 1921-м, по рекомендации Иоффе.

На этом фото 1916 года — участники семинара Иоффе в Политехническом институте; двое из них станут нобелевскими лауреатами: сначала Николай Семенов (справа, в первом ряду), потом Капица (тоже справа, во втором ряду)
На этом фото 1916 года — участники семинара Иоффе в Политехническом институте; двое из них станут нобелевскими лауреатами: сначала Николай Семенов (справа, в первом ряду), потом Капица (тоже справа, во втором ряду)

Впрочем, для того чтобы таки стать сотрудником легендарной Кавендишской лаборатории, Капице пришлось Резерфорда убеждать — лорд ссылался на то, что ставок у него для нового сотрудника нет. Как вспоминал потом Капица, диалог их выглядел следующим образом: [ ... ]

Читать полностью

Наука спасать озера

Репортаж Егора Задереева с конференции лимнологов в китайском Нанкине

В конце августа в городе Нанкин прошел 34-й конгресс Международной ассоциации лимнологии. Своими впечатления об одном из самых значимых событий для водных экологов всего мира поделился участник конгресса, ведущий научный сотрудник Красноярского научного центра СО РАН, доцент Сибирского федерального университета и популяризатор науки Егор Задереев.
Добавить в закладки
Комментарии

Лимнология давно переросла терминологически предписанный ей объект исследования — озера («лимне» с греч. «озеро») — и занимается всеми внутренними водоемами. Каждые три года Международное общество лимнологии собирает своих членов в разных странах мира, чтобы обсудить прогресс в изучении озер, рек и водохранилищ. Для меня съезд лимнологов в Китае стал уже пятым.

Изначально лимнология во многом сугубо практическая наука: нужно уметь предсказывать наводнения или засухи, контролировать качество воды для различных нужд, знать где, когда и в каком количестве ловить рыбу. Со временем лимнология обогатила свой арсенал средств и методов. Информация со спутников помогает оценить распределение и биомассу фотосинтезирующих организмов. Автономные погружные датчики позволяют в непрерывном режиме получать информацию о физических и химических характеристиках. Масс-спектрометры, хроматографы, секвенаторы дают невиданную ранее точность в измерении биохимических и генетических параметров. Однако задачи лимнологии как науки остались прежними. Для каждого конкретного водоема нужно уметь предсказывать его реакцию на различные внешние воздействия. Понимаем, как будет изменяться озеро при увеличении загрязняющих стоков или изменившемся климате? Значит, знаем управляющие факторы и при необходимости можем контролировать состояние водоема.

Подготовка и участие в научной конференции идут по стандартной схеме. Пишешь тезисы, оплачиваешь оргвзнос, бронируешь гостиницу и авиабилеты, при необходимости оформляешь визу. Начиная с какого-то времени почти все делается на автомате. В этот раз система почти дала сбой. Подвела логистика.

«Скоростные поезда из Пекина в Нанкин ходят каждые полчаса — не будем бронировать, на месте возьмем», — так я за пару недель до конгресса обнадежил коллегу, с которым мы вместе летим из Красноярска в Китай. [ ... ]

Читать полностью

Беломорье

Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария

Для проведения научных экспериментов, а особенно натурных наблюдений, недостаточно городских помещений — зоологи, ихтилоги, ботаники должны выезжать в «поле» и там работать. В России далеко за полярным кругом есть только одно такое место — Беломорская биологическая станция МГУ.
Добавить в закладки
Комментарии
Фото: Александр Семенов / Chrdk.
Фото: Александр Семенов / Chrdk.

Беломорская биологическая станция была основана еще в 1938 году. Она была создана как научно-исследовательский центр для проведения морских научных исследований в северном регионе, подготовки специалистов и организации полевых студенческих практик.

Фото: Александр Семенов / Chrdk.

Фото: Александр Семенов / Chrdk.

Круглый год на станции морские биологи исследуют многообразие подводного мира. Для этого водолазы во время погружений используют большое количество съемочного оборудования. На фотографии сотрудник станции Федор Большаков с подводной камерой, установленной на самодельной системе подводной стабилизации. [ ... ]

Читать полностью