Новость от 30.11.2015

Физики занялись борьбой со старостью


В МФТИ создается «Центр исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний», в состав которого войдут уже существующие и запланированные к открытию новые лаборатории под руководством российских и зарубежных ученых. Одним из основных направлений исследований будут мембранные белки. Подготовка студентов и аспирантов для работы в Центре проводится на кафедре биофизики МФТИ. О том, какую роль мембранные белки играют в механизмах старения, рассказывает заведующий кафедрой Владимир Чупин.

В любом живом организме белки в целом играют важнейшую роль как регуляторы в принятии сигналов, манипуляциях с ДНК, переработкой энергии. Около четверти белков, зашифрованных в геноме человека, составляют так называемые мембранные белки, которые входят в состав клеточных мембран или мембран внутриклеточных органелл. В частности, эти белки отвечают за взаимодействие клетки с внешней средой. Например, именно мембранные белки-рецепторы взаимодействуют с адреналином, выброшенным в кровь, передавая нужный сигнал внутрь клетки. Сбои в работе мембранных белков ведут к нарушениям в «коммуникации» между частями организма. Именно поэтому около 60% лекарств имеют мишенью мембранные белки.

Существующие теории механизмов старения на молекулярном уровне отводят большую роль мембранным белкам. Так, свободнорадикальная теория старения, в советские годы разработаннаяучеными НИИ ФХМ им. Иммануэля, утверждает, что со временем в организме человека накапливаются повреждения из-за действия свободных радикалов, очень реакционноспособных частиц. Они очень быстро окисляют липиды, из которых построены мембраны, среда обитания мембранных белков. Результатом этого процесса становятся неправильное функционирование мембранных белков, их ошибки при передаче сигналов, выработки энергии и др. Установлено, что с возрастом в клетках из строя выходят митохондрии, обеспечивающие клетки энергией в виде молекуладенозинтрифосфата (АТФ), для синтеза которых потребляется огромное количество кислорода. В синтезе АТФ участвует целый ряд мембранных белков. Нарушение их функций приводит к гибели клеток. Ученые анализируют изменения структуры мембран и поведения мембранных белков и ищут пути компенсировать влияние вредных факторов на них.

Болезнь Альцгеймера – огромная проблема как для самих людей в преклонном возрасте, так и для родственников таких больных и государства. В США тратится не менее 200 млрд долларов в год для поддержки и ухода за такими больными. На данный момент абсолютно точно известно, что в клетках нервной системы в мозгу со временем накапливаются пептиды, которые образуют агрегаты и затем так называемые бляшки, которые можно увидеть в образцах тканей больных Альцгеймером. Понятно, что эти бляшки непосредственно связаны с болезнью, но механизм их формирования до сих пор не изучен. Однако есть идеи, как с ними бороться,– например, можно делать особые белки-перехватчики, которые будут связывать пептиды и не давать им образовывать бляшки. Такие работы и планируется выполнять в Центрепри МФТИ – в специальной Лаборатории молекулярных исследований болезни Альцгеймера.

Кроме того, ученые активно изучаютсветочувствительные мембранные белки, функционирующие в качестве молекулярных «насосов» и каналов. Они переносят ионы с одной стороны мембраны на другуюпод действием света. Работа светочувствительных каналов, в какой-то степени, напоминает работу ионных каналов, передающих нервный импульс. Для передачи импульса по нейрону нервной клетки используется два разных типа ионов –калий и натрий. Перенос ионов с одной стороны мембраны на другую осуществляют калиевые и натриевые каналы, работа которых управляется электрическим полем. Нарушения функций этих каналов исключает возможность передачи нервного импульса. Сравнительно недавно было предложено использовать в качестве заменителей электрочувствительных каналов светочувствительные каналы для передачи импульса по нейрону. Данное научное направление получило название оптогенетика. Суть этого направления заключается в следующем: в нервную клетку вводят ген, кодирующий светочувствительный канал, клетка синтезирует такой канал, и он встраивается в мембрану. После этого потоком ионов через мембрану можно управлять светом и стимулировать передачу нервного импульса по нейрону. Такие исследования уже проводятся в Центре при МФТИ совместно с немецким Исследовательском центром в Юлихе и Институтом структурной биологии в Гренобле под руководством Валентина Горделия.

Исследователи уже определили пространственную структуру канала KR2, найденного в клеточной мембране морской бактерии Dokdoniaeikasta. В самой бактерии поровый домен устроен так, что позволяет лишь транспорт ионов натрия. Группе ученых МФТИ удалось изменить «специализацию» канала с ионов натрия на ионы калия, заменив некоторые аминокислоты путем нескольких целенаправленных мутаций в поровом домене. Получился искусственно сконструированный калиевый насос, активирующийся под действием света.Это открытие позволяет надеяться, что рано или поздно ученые смогут «программировать» внешними источниками света транспорт ионов калия. А это – широкое поле для будущих экспериментов.


Источник: http://минобрнауки.рф

Вернуться назад