Катепсин D: обещающее средство в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями или фактор, усугубляющий их распространение?

Фермент катепсин D, который ранее рассматривался как многообещающее средство для терапии медленно прогрессирующих заболеваний нервной системы, может сыграть роль в модуляции распространения патологии, сообщили РИА Новости ссылаясь на исследователей из Института цитологии РАН, поддержанных Российским научным фондом.

Накопление амилоидов — неправильно свернутых белковых агрегатов — связано с развитием нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона, муковисцидоз, некоторые виды диабета и наследственная катаракта. Эти агрегаты формируют нитевидные структуры, известные как фибриллы, которые собираются в кластерные образования (бляшки).

Эти образования нарушают нейронную сигнализацию, приводят к гибели нервных клеток и способствуют возникновению деменции и ухудшению моторных навыков. Для разработки эффективных и безопасных методов борьбы с этими ещё неизлечимыми заболеваниями важно разобраться в механизмах формирования и разрушения опасных амилоидных фибрилл.

По мнению ученых, в этих процессах принимают участие ферменты из группы протеаз, включая катепсин D. Однако результаты исследований, касающихся роли катепсина D, оказались неоднозначными: с одной стороны, повышенный уровень этого фермента связывали с образованием новых амилоидных агрегатов, что указывало на прогрессирование заболевания. В то же время, другие исследования показали, что катепсин D расщепляет один из ключевых белков, связанных с болезнью Паркинсона. При этом большинство экспериментов проводилось с отдельными белковыми молекулами, в то время как воздействие протеаз на фибриллы и амилоидные кластеры оставалось недостаточно изученным.

Исследователи из питерского Института цитологии РАН изучили, как катепсин D взаимодействует с амилоидными фибриллами и выяснили, что, разрушая их, он не снижает их токсичность, а, наоборот, может способствовать распространению болезни.

«Наше открытие важно, так как помогает глубже разобраться в роли протеаз в образовании амилоидных агрегатов. Мы показали, что хотя катепсин D и разрушает фибриллы, он не уменьшает их цитотоксичность и может даже способствовать возникновению новых амилоидов. Это следует учитывать при разработке лечения болезней Альцгеймера, Паркинсона и других», — пояснила Анна Сулацкая, ведущий научный сотрудник лаборатории структурной динамики, стабильности и фолдинга белков Института цитологии РАН, руководитель проекта, получившего поддержку от РНФ.

В процессе исследования ученые искусственно синтезировали нитевидные белковые структуры и на определенное время (от двух часов до суток) добавляли к ним катепсин D. Наблюдения продемонстрировали, что фермент нарушил водородные связи между бета-нитями, из которых состоят амилоидные фибриллы, что в итоге привело к их распаду на фрагменты.

Затем исследователи изучили, как это разрушение влияет на способность амилоидов повреждать живые клетки. Для этого в суспензии различных типов человеческих клеток они добавляли как исходные, так и обработанные ферментом фибриллы. Выяснилось, что разрушение амилоидных фибрилл катепсином D не только не снижало их токсичность, но также ускоряло накопление и распространение патологических белков между клетками и тканями.

Это связано с тем, что фрагментация фибрилл увеличивает количество затравок для формирования новых амилоидных структур, объяснили авторы исследования. Малые фрагменты фибрилл могут выделяться из одной клетки и поглощаться другой, что содействует распространению патологических форм амилоидов в окружающие ткани и напоминает механизм заражения.

В будущем исследователи планируют одновременно фрагментировать амилоиды с помощью катепсина D и разрушать их упорядоченную структуру посредством других ферментов. Такой комбинированный подход позволит избежать побочных эффектов от фрагментации, связанных с увеличением скорости образования фибрилл, и повысит эффективность их разрушения.

Результаты этого исследования, получившего поддержку Российского научного фонда, опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules.