Путь к раскрытию нового механизма утилизации неправильно свернутых белков | Советы девушкам

Около 30 лет назад доктор Ричард Сайферс отправился в путешествие, чтобы выяснить, почему у людей с редким заболеванием, известным как дефицит альфа-1-антитрипсина (ААТ), степень тяжести заболевания печени сильно различается. Его путешествие привело его к открытию фундаментальных основ этого состояния и, неожиданно, к раскрытию нового клеточного механизма утилизации неправильно свернутых белков. Последнее имеет значение не только для дефицита ААТ, но и для других более распространенных состояний, связанных с накоплением дефектных белков, включая неврологические расстройства, такие как болезнь Альцгеймера.

Дефицит AAT может развиваться у людей, несущих ген AAT с мутацией Z.

«Я начал изучать дефицит ААТ, потому что был заинтригован широким диапазоном тяжести состояния. У некоторых из людей, несущих две копии мутации Z, в конце жизни развилось заболевание легких, а у некоторых развилось заболевание печени. Интересно, что это состояние также могло появиться. в очень раннем возрасте. У некоторых новорожденных и младенцев развилось тяжелое заболевание печени, и им потребовалась трансплантация, чтобы выжить », – сказал Сайферс, профессор патологии и иммунологии и член Центра комплексного лечения рака Дэна Л. Дункана при Медицинском колледже Бейлора.

Другие группы показали, что примерно у 1 из 1700 человек есть две копии гена AAT-Z. Однако только около 17 процентов этих новорожденных с AAT-Z имели клинически значимое заболевание печени, и менее 3 процентов из них в младенчестве прогрессировали до опасной для жизни терминальной стадии.

Одним из первых вкладов Сайферса была помощь в разработке первого скринингового теста, чтобы определить, подвергается ли новорожденный риск развития тяжелого заболевания печени.

«Разработка метода скрининга позволила мне понять, что я могу определить, подвергается ли ребенок высокому риску заболевания печени, но все еще не знаю, что является причиной этого состояния», – сказал Сайфер.

Понимание AAT-дефицита

ААТ – это белок, вырабатываемый печенью и переносимый через кровь в легкие, где он защищает их от повреждений, вызванных другими ферментами, расщепляющими белки в легких. Мутация Z приводит к образованию дефектного белка ААТ, который не может сворачиваться в подходящую трехмерную конформацию. Неправильно свернутые белки AAT-Z не могут выйти из печени, поэтому они не попадают в легкие, чтобы защитить их от разрушения. Это может привести к повреждению легких, что приведет к эмфиземе и другим заболеваниям легких.

«Изучая болезнь, я заметил, что AAT-Z, который должен высвобождаться из печени, на самом деле накапливается», – сказал Сиферс. «Это говорит о том, что естественный механизм утилизации клетки может не работать».

Сиферс и другие исследователи глубже изучили, как клетки избавляются от неправильно свернутых белков. Они обнаружили, что клетки переносят дефектные белки из места их синтеза, эндоплазматического ретикулума (ER), в цитозоль, где они разрушаются в клеточной структуре, называемой протеасомой. Ключ к этому процессу – пометить белки для разрушения.

«Мы показали, что удаление определенных сахаров из белков пометит их деградацию», – сказал Сайферс. «В частности, мы обнаружили, что человеческий фермент маннозидаза Man1b1 действует как фактор контроля качества, который опосредует удаление сахарной маннозы из неправильно свернутых белков AAT-Z, способствуя их деградации».

Модель дефицита ААТ использовалась многими другими исследователями, изучающими условия, также связанные с токсическим накоплением неправильно свернутых белков в клетках, которые все вместе называются конформационными заболеваниями. Этот подход ускорил понимание основных причин этих состояний, предлагая новые возможности для потенциальных методов лечения.

Модель двойной функции человеческого Man1b1 в обеспечении деградации неправильно свернутого ААТ. Предоставлено: Sifers lab / PNAS , 2020.
Связь Man1b1 и заболеваний печени, связанных с дефицитом ААТ, у младенцев

Хотя исследователи знали, что повреждение печени, связанное с дефицитом AAT, было связано с накоплением неправильно свернутых белков AAT-Z в печени, все еще не было объяснения тяжелой болезни печени у младенцев.

В статье 2009 года Сайферс и его коллеги изучали образцы ткани печени неродственных младенцев или детей старше 2 лет, перенесших трансплантацию печени по поводу терминальной стадии заболевания печени. Они также провели генетическое связывание и функциональные лабораторные эксперименты с другими клетками, культивируемыми в лаборатории.

Они показали, что определенная генетическая модификация, однонуклеотидный полиморфизм, которая приводит к изменениям в экспрессии гена Man1b1, приводит к более низким уровням белка Man1b1 в эндоплазматическом ретикулуме клеток печени.

Сиферс и его коллеги предположили, что более низкие уровни Man1b1 нарушают способность печени справляться с накоплением неправильно свернутого AAT-Z. Это, вероятно, ускоряет достижение допустимого порога накопления белка, что приводит к более ранней печеночной недостаточности.

Наличие AAT-Z и генетического варианта, который замедляет утилизацию неправильно свернутых белков AAT-Z, может объяснить состояние у самых маленьких пациентов.

«Я был рад, что после многих лет исследований мы нашли объяснение тайны заболеваний печени, связанных с дефицитом ААТ, у младенцев, и поинтересовался, внесет ли моя лаборатория какой-либо другой важный вклад в будущее», – сказал Сайфер.

Man1b1 выполняет более одной роли

Продолжая изучать Man1b1, Сайферс и его коллеги неожиданно обнаружили роль этого белка, которая не была описана ранее.

«Мы обнаружили, что, помимо маркировки неправильно свернутых белков для деградации путем ферментативного удаления групп маннозы, Man1b1 также способствует деградации белка с помощью другого механизма, независимого от первого», – сказал Сайфер.

Сайферс и его соавторы, доктор Эшли Х. Сан, ныне работающий в Polypus-transfection Biotechnology, и доктор Джон Р. Коллетт, постдоки в его лаборатории, сообщили в Proceedings of the National Academy of Sciences , что обычное ферментативное удаление system находится на одной стороне Man1b1, C-концевого домена. Напротив, новая нетрадиционная система контролируется другой стороной Man1b1, N-концевым доменом. Дальнейшие исследования выяснят, работают ли обе системы в синергии и каким образом.

Исследователи предполагают, что новая нетрадиционная система может участвовать в устранении агрегатов растворимых белков, которые были связаны с конформационными заболеваниями. Например, человеческий Man1b1 был связан с причинами множественных врожденных нарушений умственной отсталости и ВИЧ-инфекции, а также с плохим прогнозом у пациентов с раком мочевого пузыря.

«Наша работа – наглядный пример того, что изучение редких болезней может помочь решить более распространенные заболевания».

«Изучая редкое заболевание печени у младенцев, мы обнаружили путь, который, возможно, можно было бы использовать для предотвращения более распространенных неврологических расстройств, возникающих в позднем возрасте», – сказал Сиферс.

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

пять + 3 =