Распространение нейродегенеративных болезней в XXI веке приобрело характер эпидемии. Между тем эффективно лечить такие заболевания мозга мы все еще не умеем. Поэтому особое значение приобретают исследования новых механизмов нейродегенерации и путей ее коррекции. Ученые из ИБХ РАН, МФТИ и их коллеги выяснили, что защищающий нейроны от нейродегенерации белок Bri2 связывает другую очень распространенную в мозге молекулу — основной белок миелина MBP, который закрывает его собой. Это предотвращает разрушение Bri2 ферментами и меняет его локализацию внутри клетки. Работа опубликована в International Journal of Molecular Sciences.
Одной из самых острых проблем медицины сегодня является рост числа случаев болезни Альцгеймера, которая вызывает прогрессирующую гибель нервных клеток и встречается все чаще вследствие старения населения Земли. Поэтому особое значение приобретают исследования механизмов нейродегенерации и возможных путей ее коррекции, в том числе поиск молекул-мишеней, воздействие на которые может стать основой для новых методов терапии.
Важным шагом в этом направлении стала работа научного коллектива из Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, МФТИ, НИЦ «Курчатовский институт», МИТХТ (РТУ МИРЭА) и РНИМУ имени Н. И. Пирогова.
Опубликованное исследование посвящено изучению взаимодействия двух белков, которые имеют большое значение для работы мозга. Первый — это Bri2 (или ITM2B), способный подавлять образование бета-амилоида (пептида, который вызывает развитие болезни Альцгеймера), тем самым замедляя гибель нейронов. Второй белок представляет собой основной белок миелина (МВР), второй по распространенности в центральной нервной системе. Он обеспечивает поддержание целостности структуры миелиновой оболочки, оборачивающей и защищающей отростки нейронов. Потеря и нарушение миелиновой оболочки приводят к нарушению передачи нервного импульса и развитию демиелинизирующего заболевания, рассеянного склероза.
Две эти важные биомолекулы были открыты и изучались по отдельности, однако новое исследование российских ученых позволило установить связь между ними и определить механизм взаимодействия белков Bri2 и MBP. Отличительной чертой работы является удачное сочетание разных методов современной биологии: как «сухих» (то есть компьютерного моделирования), так и «мокрых», экспериментальных методов.
Исследователи начали с моделирования структур двух белковых молекул, использовав для этого компьютерную программу AlphaFold2. Это система искусственного интеллекта, которая с высокой точностью позволяет предсказывать структуру белков исходя из их аминокислотной последовательности. Далее ученые провели in silico моделирование взаимодействия MBP и Bri2 и описали комплекс двух молекул. При моделировании использовали целый ряд компьютерных подходов: AlphaFold-multimer — для определения домена Bri2, который связывает MBP, белок-белковый докинг (от английского «стыковка, причаливание судна в порту») — для уточнения сайта связывания, а также молекулярно динамическую симуляцию (МД) — для изучения стабильности комплексов.
Предсказанный комплекс белков оказался очень компактным, причем MBP в нем закрывает собой ту часть молекулы Bri2, которая находится снаружи клетки и подвергается расщеплению фурином, ферментом, который в норме играет положительную роль, обеспечивая «созревание» белков, то есть превращение незрелых белков в функционально активные. В тоже время связывание с MBP не затронуло области Bri2, отвечающие за взаимодействие его молекул друг с другом (мультимеризацию) и функцию молекулярного шаперона, то есть способность предотвращать образование токсичных агрегатов белков, в том числе бета-амилоида, за счет которой Bri2 защищает клетку от патологических процессов, лежащих в основе нейродегенеративных заболеваний.
В заключение ученые подтвердили свой результат в экспериментах на культуре клеток человека, которые искусственно выращивали в лаборатории. В такие клетки были введены гены, кодирующие MBP и нормальный белок Bri2 или его мутантные формы, которые вызывают нейродегенерацию, — так называемые британский и датский варианты. Было установлено, что в клетках белки Bri2 и MBP действительно связываются и образуют устойчивый комплекс.
«Мы показали, что MBP влияет на расщепление Bri2 сериновой протеазой фурином, в результате чего образуется высвобождаемый во внеклеточное пространство С-концевой пептид Bri2, Bri23. MBP также регулирует локализацию Bri2 внутри клетки, ограничивая его перенос на мембрану независимо от высвобождения Bri23. Дальнейшие исследования должны выяснить, имеют ли эти наблюдения физиологическое значение с точки зрения функции Bri2 как шаперона MBP», — пояснила первый автор работы Евгения Смирнова, научный сотрудник лаборатории белков гормональной регуляции ИБХ РАН.
