Растения подсказали немецким ученым пути лечения болезни Хантингтона
Накопление вредных белков, приводящее при болезни Хантингтона к патологическим изменениям в клетках человека, снижает фермент, выделенный из хлоропластов растений, установили в своем исследовании немецкие ученые, 2 октября сообщает пресс-служба Кёльнского университета.
Команда ученых из кластера передового опыта в области исследований старения CECAD и кластера передового опыта в области наук о растениях CEPLAS Кёльнского университета провели исследование нового подхода для разработки методов лечения нейродегенеративных заболеваний человека, в том числе болезни Хантингтона.
В результате они установили, что полученный ими из растений синтетический фермент — пептидаза — уменьшает слипание белков, ответственных за патологические изменения в клетках человека при болезни Хантингтона.
Болезнь Хантингтона относится к так называемым полиглутаминовым (polyQ) заболеваниям — группе нейродегенеративных заболеваний, вызванных множественным повторением аминокислот глютамина в определенных белках. При образовании чрезмерного количества повторов polyQ может произойти агрегация белков или их накопление, что вызывает клеточную дисфункцию и гибель.
В настоящее время известно девять нарушений выработки polyQ у человека. Все они пока неизлечимы, в том числе и болезнь Хантингтона — наследственное заболевание, которое вызывает ухудшение состояния мозга, приводящее к нарушению мышления, поведения, эмоций и двигательных функций.
При этом известно, что растения экспрессируют сотни белков, содержащих повторы polyQ, но не было никаких сообщений о патологиях, вызванных этими факторами.
Профессора Дэвид Вильчес из CECAD и Эрнесто Льямас из CEPLAS провели исследование для поиска потенциальных лекарств, способных бороться с polyQ-заболеваниями, такими как болезнь Хантингтона, для этого они сначала решили понять, как растения справляются с агрегацией токсичных белков.
Эрнесто Льямас, первый автор исследования, и его коллеги ввели в экземпляры растения резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) методом in-planta (прямого трансформирования гена растения) токсичный мутантный белок хантингтин, вызывающий гибель клеток в нейронах человека.
В отличие от моделей животных и человека, для которых введение хантингтина смертельно, они обнаружили, что эти растения активно удаляют комки белка хантингтина и тем самым избегают их вредного воздействия.
Следующим шагом исследователей было выяснение механизма, который помогает растениям избегать токсичной агрегации мутантного хантингтина. Ученые установили, что причиной отсутствия у растений токсичных белковых отложений являются хлоропласты — специфичные для растений органеллы, осуществляющие фотосинтез.
Многопрофильная группа исследователей определила, что причиной, по которой растениям не страшен проблемный для человека белок, был SPP, растительный белок хлоропластов.
Продуцирование с помощью методов синтетической биологии растительного SPP у моделей болезни Хантингтона, таких как культивируемые клетки человека и нематода C. elegans, привело к уменьшению образования комков белка и симптомов заболевания.
«Мы были рады отметить, что экспрессия растительного белка SPP улучшила подвижность червей C. elegans, пораженных хантингтином, даже на более поздних стадиях старения, когда симптомы еще хуже», — рассказал доктор Хюн Джу Ли, постдок, участвовавший в исследовании.
Ламас в свою очередь заявил, что исследования растений могут внести значимый вклад в лечение болезней человека: «Я считаю, что молекулярные механизмы растений являются ключом к открытию новых лекарств, способных предотвращать болезни человека. Обычно мы забываем, что некоторые растения могут жить тысячи лет и их следует изучать как модель исследования старения».
«Наш план — основать стартап по производству терапевтических белков растительного происхождения и протестировать их в качестве потенциальных терапевтических средств для лечения нейродегенеративных заболеваний у людей», — сообщил Ламас.
Результаты исследования ученые представили в статье «Экспрессия in-planta человеческого polyQ-расширенного фрагмента хантингтина раскрывает механизмы предотвращения агрегации белков, связанных с заболеванием», опубликованной в журнале Nature Aging.
