В лаборатории создали смертельный и заразный белок

Прионы или прионные белки вызывают ряд инфекционных заболеваний, которые поражают иммунную и нервную системы человека, и, в частности головной мозг. Впервые в истории ученые сумели синтезировать эту белковую инфекционную частицу в лабораторных условиях.

Ученые не стремились вызвать всемирную эпидемию зомби своими результатами. Наоборот, их открытие может помочь в лечении прионных заболеваний.

«Это исследование знаменует переломный момент в области исследования прионов, – говорит автор исследования, невролог Иржи Г. Сафар из Университета Кейс Вестерн резерв. – До сегодняшнего дня наши знания о прионах были очень ограниченными. Именно возможность синтеза искусственных прионных белков человека позволит расширить границы знаний об их структуре и процессе репликации».

И так только исследователи разберутся с этими аспектами, они смогут продвинуться в изучении лекарств, способных замедлить разрушительное распространение этих белков в человеческом мозге.

Прионы являются аномальными по своему строению аналогами некоторых белков, находящихся в мембранах клеток мозга. Когда такой аномальный белок попадает в ткань, он вызывает превращения нормальных белков в патологические, тем самым вызывая лавинообразное увеличение количества инфекционного белка. Инфицирование такими белками вызывает тяжелое и неизлечимое заболевание – губчатую энцефалопатию, которое буквально превращает мозг человека в губку.

Такое необратимое поражение мозга приводит к деменции и расстройству координации движения, которые в последующем приводят к смерти. Это заболевание может передаваться человеку от животных, как в случае с коровьим бешенством.

Прионное заболевание – очень редкое явление: в США регистрируется около 300 случаев в год. Однако, это число растет, и так как на сегодняшний день заболевание считается неизлечимым, этот факт пугает.

В прошлом, исследователи уже сумели создать прион, поражающий грызунов, но оказалось, что человек к нему невосприимчив, что нашло подтверждение в экспериментах с гуманизированными мышами (в их кровь помещали человеческие иммунные клетки). И хотя эти исследования достаточно точно показали механизм возникновения прионных заболеваний у грызунов, они не могут быть полностью применены для человеческих патологий, так как прионы имеют разные структуры и механизмы репликации.  Недавние неудачные попытки лечения прионных заболеваний демонстрируют, что то, что сработало на животных, не всегда работает на человеке.

Именно поэтому причина появления дефектного белка до сих пор остается тайной.

В последнем исследовании ученые использовали генетически спроектированный человеческий прионный белок, синтезированный бактерией E.coli. Модифицировав этот белок, они успешно получили человеческий прион с высоким разрушительным потенциалом.

Исследователи протестировали его на мышах, в чей геном были встроены гены, ответственные за синтез человеческих прионных белков. Они наблюдали неврологическую дисфункцию с невропатией, что означало воздействие человеческого прионного штамма.

В процессе эксперимента, ученые заключили что молекула ганглиозид GM1, которая помогает передаче сигнала между клетками, также способствует этому каскадному «размножению» белка и распространению прионного заболевания.

Это открытие может позволить разработать лекарства, ослабляющие действия ганглиозида GM1 и, соответственно, блокирующие распространение приона.

Исследователи также обнаружили, что причиной тяжести болезни является не просто присутствие аномальных белков. Напротив, именно от конкретной последовательности аминокислот в структуре белка зависит то, как быстро он реплицируется, насколько он заразен и какие структуры мозга он поражает.

«Наши результаты объясняют на структурном уровне появление новых человеческих прионов и обеспечивают базис для понимания того, как, на вид небольшие различия в структуре белка и ее модификации, влияют на заразность приона, на определение клеток-мишеней, и, в конечном итоге, на то, как болезнь в целом проявит себя», – объясняет автор исследования.

Эффекты нового штамма искусственно созданных прионов действительно пугают, но это исследование может стать ключевым в изучении лечения прионных заболеваний. Узнав более глубоко функционирование таких белков, мы сможем найти эффективные способы их блокирования. И это очень здорово.

Исследование опубликовано в Nature Communications.