Исследование ученых МФТИ поможет в создании лекарств от тромбозов

Трехмерную структуру фермента, вырабатываемого медицинской пиявкой, и механизм его действия на тромбы изучили биофизики МФТИ, 27 апреля о результатах их исследования написал журнал МФТИ «За науку».

В настоящее время тромбозы и такие их последствия, как инфаркты и инсульты, являются одной их основных причин смертей. Ученые МФТИ предложили бороться с тромбозами веществом, которое производят для разжижения крови медицинские пиявки, — дестабилазой.

Используя рентгеноструктурный анализ, ученые выяснили структуру этого белка, а изучение аналогов этого фермента у близких и дальних родственников пиявки на эволюционном древе помогло им понять механизм его работы.

Результаты исследования ученые представили в статье «Структурное понимание тромболитической активности дестабилазы у медицинской пиявки», опубликованной в журнале Scientific Reports. Полученные ими данные будут востребованы при разработке антикоагулянтных препаратов.

Гирудотерапия, иначе терапия медицинскими пиявками (Hirudo medicinalis), — используется в медицине уже на протяжении множества веков, продолжая применяться и в настоящее время при воспалительных и сердечно-сосудистых заболеваниях, тромбозах и после различных хирургических операций для предотвращения образования или рассасывания уже существующих в кровеносных сосудах тромбов.

Слюна, выделяемая такими пиявками при укусе, содержит много биологически активных веществ, которые разжижают кровь. В их число входит и дестабилаза. Этот фермент способствует разрушению уже образовавшихся кровяных сгустков.

Для пиявки это вещество необходимо, чтобы кровь не свернулась у нее в желудке или в процессе высасывания. Ученым же фермент интересен в качестве природной заготовки для создания лекарства, предотвращающего образование тромбов или растворяющего уже образовавшиеся.

Заместитель директора Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ Валентин Борщевский пояснил механизм образования тромбов:

«Тромбы образуются, когда белки крови связываются между собой изопептидными связями. Известно, что белки представляют собой цепочку аминокислот, связанных пептидной связью. Но некоторые боковые группы этой цепи могут также образовывать связи, аналогичные пептидной. Они называются изопептидными. Так вот, дестабилаза расщепляет эти сшивки боковых цепей и, таким образом, растворяет сформировавшийся тромб».

Действительного понимания работы белка не может дать знание только состава его аминокислот, важна его пространственная структура. А в случае, когда молекула, с которой белок взаимодействует, гораздо меньше его, важна функциональность небольшого участка поверхности этого белка — его активного центра. При этом остальное тело белка обеспечивает стабильность центра.

Для изучения пространственной структуры дестабилазы исследователи закристаллизовали белок, тем самым зафиксировав в нем положение каждого атома. Образовавшийся кристалл просветили рентгеновскими лучами, получив дифракционную картину (рентгенограмму). Использование нескольких методов анализа рентгенограммы позволило им восстановить по ней структуру белка.

На следующем этапе исследований ученые провели филогенетический анализ около 1000 аминокислотных последовательностей у аналогов дестабилазы, которые присутствуют у других беспозвоночных.

Валентин Борщевский рассказал о сути этого анализа: «Для нас интереснее всего посмотреть, как эти гомологичные, то есть имеющие схожее строение и функцию белки развивались с ходом эволюции, как при каких-то изменениях структуры изопептидазная активность сохраняется, а при других — исчезает. Мы можем посмотреть, какие аминокислоты критически важны для сохранения функции, и сделать выводы, что они участвуют в формировании активного центра».

Младший научный сотрудник лаборатории старения и возрастных нейродегенеративных заболеваний МФТИ Даниил Корнилов дополнил рассказ своего руководителя:

«Мы наложили последовательности аминокислот в этих белках друг на друга, определенным образом выровняли и сравнили, насколько они совпадают. Так мы определили степень эволюционной близости этих конкретных белков. Затем мы выявили из них те, которые, как и дестабилаза, умеют расщеплять изопептидные связи. Оказалось, что белки, имеющие предположительно тот же механизм расщепления изопептидных связей, образуют с дестабилазой единый кластер на эволюционном древе».

Дальнейшие исследования выявили среди белков данного кластера два, изопептидазная активность которых была подтверждена и структура которых была известна. Ученые сравнили структуру дестабилазы со структурами этих двух белков, чтобы понять, как именно они (и все другие белки данного кластера) разрушают изопептидные связи.

Результаты, полученные биофизиками МФТИ, заложили научную основу для дальнейших исследований взаимосвязи строения дестабилазы с тромболитической активностью. Проведенное ими исследование также может помочь при создании белковых структур будущих лекарств.