«Смерть» ферментов, «химеры» и оптогенетика: о чём говорили на форуме в Дагомысе

Нейродегенеративные заболевания, структуру и функции биополимеров, регенеративную медицину, физиологию старения и сенсорных систем здоровья, а также новые методы исследований обсудили ведущие биологи, химики и физиологи страны вместе с зарубежными коллегами на Форуме, который объединил Съезд биохимиков России и Съезд физиологов СНГ и проходил с 4 по 8 октября в Дагомысе (Большой Сочи). Наш портал узнал, о том, какие тенденции развития нейронаук обсуждали участники и какую пользу вообще приносят подобные междисциплинарные мероприятия.

Ежегодно в мире проходит множество больших международных конференций, широко освещающих разнообразные направления биологических наук. По словам участников, прошедший форум уникален тем, что он собирал вместе учёных со всей России, что дало целый срез научных исследований и лабораторий страны. А главным преимуществом для исследователей стала возможность послушать доклады не только по своему узкому направлению, но и о последних достижениях в биологии в целом.

В Форуме участвовали как именитые зарубежные и российские учёные, так и молодые сотрудники вузов и институтов России и стран СНГ. Из приглашённых гостей присутствовали Арье Варшель (Arieh Warshel), лауреат Нобелевской премии по химии 2013 года за «компьютерное моделирование химических систем» и профессор Израиль Силман (Israel Silmann) из Вейцмановского института Израиля.

Нейродегенерация под прицелом

По словам участника Юрия Уткина, руководителя Лаборатории молекулярной токсинологии Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, а также редактора книги «Snake venoms and envenomation», профессор Силман рассказал о структурно-функциональных отношениях в синаптической ацетилхолинэстеразе, которую давно изучает (фермент, находящийся в щели контакта между двумя нейронами и выводящий из строя ацетилхолин). Профессор привёл новые данные о механизмах воздействия на этот фермент для лечения болезни Альцгеймера.

%d1%8e%d1%80%d0%b8%d0%b9-%d1%83%d1%82%d0%ba%d0%b8%d0%bd

Юрий Уткин

Дело в том, что сейчас нет достаточно глубокого понимания того, почему эта болезнь возникает. Проблема заключается в нарушенной синаптической передаче (передаче нервных импульсов). Чтобы попытаться её решить, можно пойти двумя путями: усилить выброс нейромедиаторов или заблокировать ферменты, которые участвуют в их разрушении или захвате. Фермент ацетилхолинэстераза как раз разрушает ацетилхолин, один из основных передатчиков сигналов в нервной системе. Другими словами, этот фермент может вызвать недостаток нейромедиатора, если его высвобождается из пресинаптической мембраны меньше, чем нужно. Профессор Силман подбирает подходящие способы блокировки ацетилхолинэстеразы, и некоторые препараты-ингибиторы этого фермента уже применяются в качестве лекарства, позволяя несколько улучшить состояние при болезни Альцгеймера.

Участники Форума затронули и другое нейродегенеративное заболевание – болезнь Паркинсона. Михаил Вениаминович Угрюмов, российский нейрофизиолог и нейроэндокринолог, рассмотрел физиологические основы ранней диагностики и лечения хронических заболеваний мозга. Пока что поиски молекулярных маркёров для диагностики болезни не вошли в широкую практику и остаются на уровне фундаментальных исследований.

Научная программа Форума включала актовые и пленарные лекции, симпозиумы, круглые столы, сессии стендовых докладов и конкурс молодых учёных. Участники говорили о передаче сигналов ионными каналами (белками, встроенными в мембрану клетки по типу ворот), их молекулярной физиологии, механизмах синаптической передачи и других вопросах.

         Рецептор как мишень

«Благодаря моему коллеге, Виктору Ионовичу Цетлину, было много выступлений европейских учёных, стоящих на переднем рубеже науки. Профессор Пьер-Жен Корринджер (Pierre-Jean Corringer) из Института Пастера рассказал о новом направлении исследований – бактериальных лиганд-управляемых ионных каналах», – делится впечатлениями Юрий Уткин.

Сейчас в науке стараются найти системы более простые, чем те, которые задействованы в живых организмах. Хороший пример такой системы – бактериальные рецепторы. В клетках бактерий находят рецепторы, по своей структуре напоминающие таковые у млекопитающих, например, ацетилхолиновые и ГАМК-рецепторы типа А (ионный канал, тормозящий передачу нервного возбуждения). Поскольку бактериальные рецепторы устроены проще, к их трансмембранному и внутриклеточному доменам присоединяют внеклеточный домен (участок вне клетки, с которым связывается нейропередатчик) рецептора млекопитающих. Получается химерный белок, который позволяет понять работу рецепторов сложных организмов, выяснить, почему одни соединения активируют рецептор, а другие его блокируют. Такая система удобнее, во-первых, потому, что у бактерий нет химических процессов фосфорилирования (присоединения фосфорного остатка) и гликозилирования (присоединения остатка сахаров), которые обычно затрудняют исследование сложных белков. Во-вторых, систему легче изучать рентгеноструктурным методом анализа, так как её легче получить в кристаллическом состоянии.

«Процессы в клетках млекопитающих, конечно, гораздо сложнее и тоньше настроены, чем у бактерий, но если вычленить один из них и найти аналог в бактериальных организмах, то это позволит быстрее проводить исследования. В результате появится возможность изучить не только механизмы нервной системы, но и конкретные рецепторы, которые вызывают целый ряд заболеваний при нарушении их работы», – заключает Юрий Николаевич.

«Огонь» из новых методов

Участники Форума много говорили о компьютерном моделировании, причём, не только известных рецепторов, но и новых соединений с улучшенными фармакологическими свойства. Команда Дениса Тихонова из Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН предсказала структуры и исследовала лиганды протон-активируемых ионных каналов, которые связаны с чувством боли, процессами обучения и памяти, а также патологиями при кислородном голодании мозга (мозговой ишемии).

Если компьютерное моделирование уже прижилось в научном сообществе, то оптогенетика считается одним из новых методов исследования. В чём её суть: ген белка, как правило, ионного канала, доставляется в определённую клетку нужного органа (мозга, сердца, сетчатки), где синтезируется белок, который включается и выключается светом. Подобные эксперименты чаще проводят на рыбках данио рерио (Danio rerio). В них встраивают химерные рецепторы с флуоресцентными белками и управляемыми ионными каналами, а затем светят лазером в разные области мозга, чтобы посмотреть, как меняется поведение животных. Однако видимый свет приникает лишь на небольшую глубину в живых организмах. Поэтому группа исследователей из России, Украины и США разработала альтернативный метод работы – термогенетику.

«Учёные объединили рецепторы, реагирующие на температуру, с направляющими молекулами для доставки в мозг и светили лазером инфракрасного спектра, чтобы их нагревать. Поскольку клетки организма для инфракрасного света более прозрачны, чем для видимого, термогенетика может стать даже более перспективной областью», – считает Юрий Николаевич.

Участникам запомнился доклад Михаила Островского о новых подходах к лечению глазных болезней, в частности, дегенерации сетчатки, при помощи метода оптогенетики. Он объяснил, что таким способом можно успешно восстанавливать сетчатку глаза, поскольку нервные клетки и зрительные пути мозга обычно не теряются. Сейчас исследователи пытаются найти высоко светочувствительный, хлор-переносящий ионный канал, похожий на найденные и испытанные на мышах катион- и анион-переносящие канальные родопсины.

Форум состоялся под эгидой объединения молекулярной биологии, биохимии и физиологии.

«Интеграция различных научных направлений является одной из отличительных черт XXI века. Организуя совместную встречу, мы стремились подчеркнуть, что современная физиология и биохимия стали очень близкими. Эти направления пытаются объяснить механизмы протекания важнейших процессов в живых организмах на молекулярном уровне. Мы считаем, что приглашение к участию специалистов из разных областей науки сыграло положительную роль в инициировании новых серьёзных многопрофильных научных проектов и стало важным шагом для достижения образовательных целей», — отметил Александр Габибович Габибов, член-корреспондент РАН, заместитель директора по научной работе ИБХ РАН и сопредседатель программного комитета Форума.

%d0%b0%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%81%d0%b0%d0%bd%d0%b4%d1%80-%d0%b3%d0%b0%d0%b1%d0%b8%d0%b1%d0%be%d0%b2

Александр Габибов

Впервые V Съезд биохимиков России и V Съезд физиологов СНГ объединились на одной площадке. Организаторами выступило Российское общество биохимиков и молекулярных биологов и Союз физиологических обществ стран СНГ при поддержке Института биоорганической химии РАН и Института иммунофизиологии.

Текст: Юлия Шуляк, пресс-секретарь ИБХ РАН

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *