Тема:

Яды и противоядия 3 месяца назад

Российские учёные: победить паралич поможет паучий яд

Яд паука Heriaeus melloteei станет основой для создания лекарств от гипокалиемического периодического паралича.
Фото Wikimedia Commons.

Российские учёные совместно с зарубежными коллегами обнаружили, что яд паука вида Heriaeus melloteei может стать основой для создания лекарств от гипокалиемического периодического паралича. Причиной этой болезни является мутация генов, из-за которой в скелетных мышцах возникают так называемые токи "утечки" через потенциал-зависимые ионные каналы NaV1.4. В результате такого дефекта "подтекающего" канала мышцы оказываются неспособны отвечать на сигналы нервной системы, и развивается слабость вплоть до паралича. 

Команда специалистов из МГУ поясняет: в состав любой клеточной мембраны входят ионные каналы — белковые поры, избирательно пропускающие ионы внутрь клетки и наружу. За счёт их работы мембрана оказывается неодинаково заряжена с двух сторон, то есть обладает разностью потенциалов. В отсутствие раздражающих стимулов она поддерживается на постоянном уровне. Под действием разнообразных сигналов определённые ионные каналы открываются или закрываются, изменяя, таким образом, ток ионов внутрь и наружу клетки, а также заряд мембраны. В результате некоторые клетки (нервные, мышечные и железистые) возбуждаются — получают возможность отвечать на сигнал.

Однако порой гены, кодирующие каналы, оказываются повреждены, и ответ клеток может стать неадекватным. Например, дефекты потенциал-чувствительных участков потенциал-зависимых натриевых каналов NaV1.4 в мышцах приводят к тому, что даже в закрытом состоянии они "протекают". В клетку просачиваются ионы натрия, из-за чего разность потенциалов мембраны изменяется. Сигналы от нервной системы более не способны возбудить мышцу — так и развивается паралич.

У пациентов с гипокалиемическим периодическим параличом второго типа развивается слабость вплоть до полного обездвиживания. К сожалению, существующие лекарства для облегчения их состояния зачастую неэффективны.

"Наша работа посвящена изучению потенциал-зависимых ионных каналов человека, в частности, рассмотрению мутаций NaV1.4 канала из скелетных мышц, отвечающих за развитие тяжёлого заболевания — гипокалиемического периодического паралича второго типа. В работе впервые показано, что существуют природные соединения, способные заблокировать токи "утечки" через мутантные каналы", — рассказывает доктор биологических наук, академик РАН, декан биологического факультета МГУ Михаил Кирпичников.

Применяя целый арсенал методов генной и белковой инженерии, электрофизиологии, спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и компьютерного моделирования, исследователи изучили причины "неправильной" работы повреждённого мутацией канала. В качестве блокатора был впервые предложен токсин из яда паука H. melloteei.

Структура комплекса канала Nav1.4 из мышц человека с токсином Hm-3 из яда паука Heriaeus melloteei по данным ЯМР. (A) Комплекс Hm-3 (голубой/фиолетовый) с первым потенциал-чувствительным доменом (DI) канала (песчаный/красный). Вид сбоку, со стороны липидного бислоя. (В) Комплекс токсин-канал. Вид на плоскость мембраны со стороны внеклеточного пространства.

Согласно результатам, полученным с помощью сайт-направленного мутагенеза, электрофизиологии, ЯМР-спектроскопии и компьютерного моделирования, он фиксирует потенциал-чувствительный участок канала в положении, устраняющем ток "утечки".

"Открытие подобного действия токсина позволяет надеяться, что можно создать эффективные препараты для лечения больных гипокалиемическим параличом и другими сходными недугами. Полученная нами модель взаимодействия канала и токсина из яда паука открывает перспективы для разработки новых лекарств", — заключает Александр Василевский, кандидат химических наук, преподаватель МГУ и заведующий лабораторией в ИБХ РАН.

Структурную часть работы комментирует Захар Шенкарёв, доктор физико-математических наук, профессор РАН, преподаватель МФТИ и руководитель группы в ИБХ РАН: "Исследования структур комплексов ионных каналов с токсинами в мембране представляет непростую задачу. Основная проблема в нашей работе была связана с низкой стабильностью образцов в условиях ЯМР-эксперимента. Для её решения нам пришлось разработать целый ряд новых экспериментальных методик, что позволило ускорить процесс сборки структурных данных с нескольких дней до нескольких часов".

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Напомним, ранее выяснилось, что паучий яд способен устранить последствия инсульта.

Сегодня