Белок альфа-синуклеин — это тетрамер, а не мономер
Часто бывает, что важные исследования заходят в тупик, потому что они исходят из неправильных предпосылок. Ошибка может возникнуть по многим причинам — например, из-за того, что для выяснения какого-то факта была подобрана неправильная методика. Судя по всему, именно это произошло при определении структуры белка альфа-синуклеина (см. Alpha-synuclein), который образует агрегаты при одном из самых распространенных нейродегенеративных заболеваний — болезни Паркинсона.
В 1986 году была обнаружена наследственная форма болезни Паркинсона — ею страдали некоторые выходцы из итальянской деревни Контурси-Терме (Contursi Terme); судя по всему, заболевание пошло от одной семейной пары, которая жила в этой деревне в конце XVII века. В течение десяти лет исследователи работали над тем, чтобы идентифицировать мутацию, которая привела к болезни, и наконец в 1996 году им удалось определить, что мутация находится в гене белка альфа-синуклеина.
Почти сразу после этого выяснилось, что тот же самый белок является главным компонентом телец Леви (агрегатов, возникающих при паркинсонизме в некоторых областях мозга) и у больных ненаследственным паркинсонизмом тоже! Это говорило о крайне важной роли белка в патогенезе болезни. Стало казаться, что альфа-синуклеин — это ключ к тайне развития паркинсонизма (а то и вообще всех нейродегенеративных заболеваний). Закипели бурные исследования по изучению структуры этого белка и функций, которые он выполняет в организме. И эти исследования не привели почти ни к каким результатам.
Нет, многое, конечно, узнать удалось. Почти сразу же обнаружилось, что альфа-синуклеин — небольшой, почти не структурированный мономерный белок, который приобретает выраженную конформацию только тогда, когда соединяется с липидной мембраной. На эти данные в основном и опирались исследователи, когда пытались разобраться, какую же функцию в клетке выполняет альфа-синуклеин и какую роль он играет в патогенезе паркинсонизма. И может быть, им не удалось добиться ощутимых результатов потому, что данные эти были неверны.
Дело в том, что эти данные были получены на рекомбинантном белке — то есть таком, который был произведен бактериями после того, как в них встроили кодирующий этот белок ген. А когда изучаешь эукариотические белки, произведенными бактериями, надо делать очень осторожные выводы. Бактериальная клетка отличается от эукариотической по множеству параметров, и механизмы созревания белка в двух этих видах клеток сильно отличаются. Поэтому, хотя аминокислотную последовательность белка бактерии и могут собрать правильно, отнюдь не факт, что в итоге этот белок в бактериальной клетке получится таким же, как и в эукариотической. Может, ему не хватит какого-нибудь фактора, чтобы сложиться верно, может, его созревание в клетке эукариот должно происходить в отдельном компартменте, которого в бактерии просто нет, — да мало ли что может быть!
И поэтому трое ученых из Гарвардской медицинской школы решили тщательно и аккуратно изучить структуру альфа-синуклеина, полученного из эукариотических клеток.
Клетки использовались самые разнообразные — начиная с различных клеточных линий и заканчивая клетками мышиного мозга и человеческими эритроцитами (которые, как недавно выяснилось, тоже содержат альфа-синуклеин). Для изучения размеров белка использовались такие методики, которые практически не нарушают конформацию белка, не разваливают его на кусочки, если он состоит из нескольких субъединиц, и вообще оставляют его максимально интактным. И по результатам экспериментов выяснилось, что альфа-синуклеин является гомотетрамером — то есть белком, состоящим из четырех одинаковых субъединиц.
Результат был довольно неожиданным, ведь всегда считалось, что альфа-синуклеин — мономерный белок.
Еще одной важной характеристикой альфа-синуклеина считалась его бесструктурность. Было принято думать, что этот белок практически не имеет вторичной конформации и свертывается в альфа-спираль только тогда, когда связывается с липидной мембраной.
Каково же было удивление исследователей, когда выяснилось, что тетрамерный белок, в отличие от мономерного, обладает ярко выраженной альфа-спиральной структурой! При этом связывание тетрамера с липидной мембраной практически не меняло его конформацию (хотя связывался он с нею сильнее, чем мономер). В то же время рыхлый, бесструктурный мономер, связавшись с мембраной, действительно «подтягивался» и становился альфа-спиралью. Это особенно важно, потому что во многих теориях, объясняющих патогенез паркинсонизма, основной упор делался именно на то, что связанный с мембраной, свернутый в спираль альфа-синуклеин будет не столь склонен к образованию охотно агрегирующих бета-конформаций. Но если этот белок в норме — тетрамер, который изначально, безо всякого связывания с мембраной, имеет четкую альфа-спиральную конформацию, то всю картину патогенеза болезни придется пересматривать.
И тогда ученые решили посмотреть на способность каждого из белков — полученного из эукариотических клеток (а конкретнее — эритроцитов) тетрамера и произведенного бактериями рекомбинантного мономера — формировать белковые агрегаты. И выяснилась удивительная вещь: мономер охотно образовывал агрегаты, а тетрамер совершенно их не образовывал! Из этого можно предположить, что образование телец Леви при паркинсонизме связано с тем, что тетрамеры по какой-то причине разваливаются, и из-за этого образуется большое количество склонных к агрегации мономеров. Если эта картина верна, то можно будет попытаться как-то скомпенсировать патологические процессы, стабилизировав тетрамерную структуру альфа-синуклеина.
Конечно, из полученных данных нельзя сделать однозначный вывод, что нормальная структура альфа-синуклеина — тетрамерная и никакая другая. Вполне возможно, что в клетке одновременно плавают тетрамеры, тримеры, димеры и мономеры. Однако тетрамерная структура, судя по всему, самая распространенная, и возможно, что именно ее разрушение приводит к агрегации этого белка.
Источник: Tim Bartels, Joanna G. Choi, Dennis J. Selkoe. α-Synuclein occurs physiologically as a helically folded tetramer that resists aggregation // Nature. V. 477. P. 107–110 (01 September 2011).
Вера Башмакова
Последние новости
