Биология

Биохимики создали соединения для определения функций неуловимого фермента

Илл. из обсуждаемой статьи

Коллектив российских биохимиков в сотрудничестве с зарубежными коллегами разработал эффективный способ обнаружения в клетках млекопитающих фермента, связанного с нарушениями обмена веществ. Синтезированные для этого соединения помогут выявить молекулярные механизмы нарушений, а в перспективе станут основой для терапии. Результаты работы опубликованы в Scientific Reports.

С мутациями в гене, кодирующем белок DHTKD1, ассоциированы нарушения обмена веществ у людей и такие связанные с ними болезни, как диабет и ожирение. В организмах млекопитающих DHTKD1 обычно производится в небольших количествах, но его сравнительно много в клетках печени. Известно, что он является ферментом, ускоряющим расщепление 2-оксоадипата. Это вещество образуется при распаде лизина, гидроксилизина и триптофана: как и другие аминокислоты, в организме они служат не только «кирпичиками» для белков, но и предшественниками многих других соединений, в том числе обладающих различной физиологической активностью. Так как DHTKD1 выполняет функции фермента, его еще называют 2-оксоадипатдегидрогеназой (ОАД). Однако сложно понять, каким образом нарушения в расщеплении 2-оксоадипата могут приводить к диабету. При этом и структурой, и функциями ОАД похожа на более распространенную и хорошо изученную 2-оксоглутаратдегидрогеназу (ОГД): последняя участвует в цикле Кребса, ключевом для клеточной выработки энергии, и абсолютно необходима млекопитающим. Два фермента очень похожи между собой, а потому непросто отследить механизмы нарушений обмена веществ, связанные с мутациями именно в гене dhtkd1. На их выраженность влияют и специфическая роль ОАД в разных тканях и органах, и диета, и условия внешней среды. Потому необходимы эксперименты с выделенными клетками и тканями.

В исследовании, поддержанном грантом Российского научного фонда, биохимики МГУ имени М. В. Ломоносова в сотрудничестве с зарубежными коллегами испытали новые вещества-регуляторы, которые по-разному взаимодействуют с ОАД и ОГД. Это синтетические аналоги природных кислот, 2-оксоадипата и 2-оксоглутарата, которые в живом организме участвуют в ускоряемых исследуемыми ферментами реакциях. Один из атомов углерода в каждой из кислот заменили на атом фосфора, получив так называемые фосфонаты разной длины. На подобные синтетические соединения фермент не действует, но связывание с ними ОАД блокирует его ферментативную активность. Далее изучили их взаимодействие с ОАД и ОГД и последствия, которые синтетические аналоги вызывают в клетках животных.

В первой серии экспериментов сравнивалась активность закодированной геном dhtkd1 2-оксоадипатдегидрогеназы и ОГД в тканях сердца и печени крыс, а также то, как она менялась под влиянием разных фосфонатов. Выяснилось, что эти вещества действительно позволяют различить действие похожих ферментов. Так, самый длинный из синтезированных аналогов, адипоилфосфонат, снижал активность ОАД, что было заметно прежде всего в ткани печени, где этого фермента производится больше. А короткий сукцинилфосфонат лучше всего действовал на ОГД, которой много в сердце.

Вторая серия экспериментов проводилась на культурах двух линий раковых клеток: глиомы головного мозга крыс и человеческой аденокарциномы молочной железы. Для первой линии характерна низкая активность гена, кодирующего DHTKD1, а для второй, наоборот, высокая. Исследователи изучили состав продуктов обмена веществ (метаболитов), образующихся в этих клетках, до и после добавления фосфонатов. Не только набор метаболитов в исходных клетках, но и изменения в их содержании под действием синтетических регуляторов сильно отличались в зависимости от количества ОАД в клетках. Это подтвердило, что разные фосфонаты избирательно действуют на ОАД и ОГД. В будущем адипоилфосфонат, снижающий активность ОАД, может стать частью комбинированной терапии состояний, связанных с избыточным производством этого фермента, например, в клетках опухолей мозга. Также действие этого фосфоната, как показало исследование, может регулировать продукцию сигнальных молекул, нарушенную при ожирении или диабете.

«Мы продолжаем исследование и хотим узнать больше о возможностях регуляции белка DHTKD1 в живых организмах, о его специфическом значении для физиологических функций в разных тканях и в злокачественных клетках, — говорит Виктория Буник, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ. — Ранее мы показали, что при патологически высоких концентрациях 2-оксоадипата ОАД может продуцировать активные формы кислорода. Вред такой побочной реакции может объяснять известный факт, что высокие уровни 2-оксоадипата и 2-аминоадипата ухудшают жизнедеятельность нормальных клеток. Однако при нейродегенеративных заболеваниях показана и положительная роль таких соединений — возможно, она связана с регуляцией ОАД в таких патологиях».

Использованные в данном исследовании фосфонаты были синтезированы учеными химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Работы с клеточными культурами и масс-спектрометрический анализ белков и метаболитов были проведены совместно со специалистами из Медицинского университета Люблина (Польша), Университета Отто фон Гюрике в Магдебурге (Германия) и Института молекулярной физиологии растений Макса Планка (Германия).

Материал подготовлен при поддержке Фонда президентских грантов

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.