Исследователи из Paul Scherrer Institute PSI выяснили детальный механизм того, как спермин – небольшая молекула, регулирующая множество процессов в клетках организма – способен защищать от таких недугов, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Согласно полученным данным, это вещество обезвреживает определенные белки, заставляя их слипаться. Ученые сравнили этот процесс с действием расплавленного сыра на макаронах. Открытие может стать основой для создания новых методов борьбы с нейродегенеративными заболеваниями. Результаты научной работы были опубликованы в журнале Nature Communications.
С увеличением продолжительности жизни людей возрастные расстройства становятся все более распространенными. Эти состояния часто вызваны вредными накоплениями в мозге, состоящими из неправильно свернутых амилоидных белков. Такие белковые структуры образуют длинные тонкие волокна, напоминающие нити спагетти. До сих пор в медицине не существовало эффективного лечения, которое могло бы надежно предотвращать или удалять эти белковые отложения, однако природная молекула спермин дает новую надежду.
В ходе лабораторных экспериментов команда под руководством Цзинхуэй Ло из Центра наук о жизни в Paul Scherrer Institute PSI продемонстрировала, что спермин способен продлевать жизнь небольших червей-нематод, улучшать их подвижность в процессе старения и укреплять клеточные энергетические станции – митохондрии. Исследователи заметили, что данное вещество поддерживает иммунную систему организма в процессе удаления повреждающих нервы амилоидных отложений. Эти результаты могут лечь в основу разработки новых терапевтических стратегий.
Спермин жизненно важен для функционирования организма и относится к группе относительно небольших органических молекул, известных как полиамины. Впервые он был идентифицирован более 150 лет назад и получил свое название из-за высокой концентрации в семенной жидкости, однако он присутствует во многих других типах клеток по всему телу, особенно в тех, которые активны и способны к делению. Одной из его главных ролей является взаимодействие с нуклеиновыми кислотами в геноме, что помогает регулировать включение генов и их трансляцию в белки, обеспечивая контролируемый рост, деление и гибель клеток.
Кроме того, спермин играет решающую роль в клеточном процессе, называемом биомолекулярной конденсацией. При этом процессе крупные молекулы, такие как белки и нуклеиновые кислоты, разделяются и собираются в каплеобразные области внутри клетки, создавая небольшие центры, где происходят важные биохимические реакции. Ранее уже высказывались предположения, что спермин может защищать нервные клетки и облегчать возрастные проблемы с памятью, но до сих пор отсутствовала четкая картина того, как именно он влияет на вредные процессы в нейронах.
Научная группа углубила изучение этих механизмов, используя не только оптическую микроскопию, но и метод рассеяния SAXS на установке Swiss Light Source SLS для исследования молекулярной динамики. Эксперименты проводились как в пробирке, так и на живых организмах, в качестве которых использовались нематоды C. elegans. Выяснилось, что спермин заставляет вредные белки собираться вместе и образовывать сгустки посредством биомолекулярной конденсации. Это поведение поддерживает рутинный процесс очистки клеток, известный как аутофагия, при котором поврежденные белки заключаются в мембранные везикулы и расщепляются ферментами.
По словам руководителя исследования Цзинхуэй Ло, аутофагия более эффективна при работе с крупными белковыми сгустками. Спермин выступает в роли связующего агента, который соединяет нити вместе. Между молекулами возникают лишь слабые силы притяжения, которые организуют их, но не связывают жестко. Весь процесс ученый предлагает представить как тарелку спагетти, где спермин действует подобно сыру: он соединяет длинные тонкие макаронины, не склеивая их намертво, что делает их более легкими для «переваривания» клеткой.
Спермин, по-видимому, играет роль и в других заболеваниях, включая рак, поэтому необходимы дальнейшие исследования для понимания механизмов. В будущем методы лечения на основе спермина могут стать реальными опциями в медицине. Помимо этого вещества, многие другие полиамины также выполняют важные задачи в организме, что делает эту область весьма перспективной. Искусственный интеллект также используется в этом поиске, позволяя быстрее рассчитывать перспективные комбинации молекул на основе всех доступных данных.
